Ein Durchbruch in der Nature Electronics
Chinesische Forscher haben eine dehnbare Mikroelektrode entwickelt, die sich dynamisch an die natürlichen Bewegungen des Gehirns anpasst. Damit überwinden sie eine entscheidende technische Hürde, die den klinischen Einsatz invasiver Gehirn-Computer-Schnittstellen lange erschwert hat. Die von Fang Ying am Chinesischen Institut für Hirnforschung in Peking geleitete Arbeit erschien am 6. Februar 2026 in der Fachzeitschrift Nature Electronics. Die Innovation löst eine grundlegende Herausforderung der Neurotechnologie. Herkömmliche flexible Elektroden lassen sich zwar biegen, aber nicht dehnen. Deshalb können sie sich vom Nervengewebe zurückziehen, wenn das Gehirn mit jedem Herzschlag pulsiert oder seine Lage im Schädel verändert. Die neue Elektrodenarchitektur nutzt eine Spiralform, die Dehnungskräfte in harmlose Biegebewegungen umwandelt. So bewegt sich die Elektrode mit dem Gehirn, statt sich seiner Bewegung zu widersetzen. Dank der Spiralgeometrie kann sich die Elektrode wie eine Feder ausdehnen und zusammenziehen. Sie passt sich den rhythmischen Bewegungen des Gehirns an, ohne schädliche Scherkräfte auf das empfindliche Nervengewebe zu übertragen.
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Das Problem wurde Fangs Team erstmals vor etwa vier Jahren bei Versuchen mit nichtmenschlichen Primaten bewusst. In einem Exklusivinterview erklärte sie, das Team habe festgestellt, dass flexible Elektroden sich durch Gehirnbewegungen mitunter zurückziehen. Diese Beobachtung veranlasste die Forscher, neue strukturelle Ansätze zu untersuchen, mit denen sich Elektroden dehnen lassen, ohne schädliche Kräfte auf das umliegende Gewebe auszuüben.
Warum Flexibilität nicht ausreicht
Das Problem des Zurückziehens von Elektroden erregte 2024 internationale Aufmerksamkeit, als Neuralink von Elon Musk berichtete, dass sich innerhalb weniger Wochen nach der Implantation etwa 85 Prozent seiner 1.024 flexiblen Elektroden aus dem Gehirn des ersten menschlichen Patienten zurückgezogen hatten. Das Gehirn ist kein statisches Organ. Bei jedem Herzschlag bewegt es sich um etwa 100 Mikrometer und verändert seine Lage durch Atmung und Kopfbewegungen. Herkömmlichen linearen Elektroden fehlt trotz ihrer Biegsamkeit die mechanische Nachgiebigkeit, um diese ständige Bewegung auszugleichen. Ist ein Ende einer Elektrode am Schädel und das andere am Hirngewebe verankert, entsteht durch jede Relativbewegung Spannung. Herkömmliche Konstruktionen reagieren darauf, indem sie sich vom Gewebe wegziehen. Das führt zu Signalverlust, Entzündungsreaktionen und zur Bildung von Narbengewebe rund um die Implantationsstelle. Diese mechanische Fehlanpassung zählt zu den hartnäckigsten Hindernissen für die langfristige Stabilität invasiver Gehirn-Computer-Schnittstellen. Das entstehende Narbengewebe, auch Glianarbe genannt, schirmt die Elektrode von benachbarten Neuronen ab. Dadurch verschlechtert sich die Signalqualität allmählich, bis das Gerät praktisch unbrauchbar wird.
Die Spiralarchitektur
Die Lösung beruht auf einem grundlegend neuen Ansatz bei der Elektrodengeometrie. Statt gerader oder lediglich gebogener Drähte entwickelte das Team ultradünne Elektroden in Spiralform. Die entscheidende Neuerung liegt darin, wie das Gerät mit mechanischer Belastung umgeht. Bewegt sich das Gehirn, wandelt die Spiralstruktur Zugspannung in Verformungen durch energiearmes Ausknicken um. Die Elektrode biegt und windet sich also, statt sich zurückzuziehen. Diese konstruktive Entscheidung verringert die Kraft, die zum Ausgleich der Bewegung nötig ist, erheblich. Laut Fang erfordert es bei einer herkömmlichen linearen Elektrode etwa 4 Millinewton Kraft, sie um 100 Mikrometer zu dehnen. Das neue dehnbare Design kommt mit nur 37 Mikronewton aus, also ungefähr einem Hundertstel der Kraft. Die geringere mechanische Belastung führt direkt zu weniger Gewebeschäden und schwächeren Immunreaktionen an der Implantationsstelle.
Die Elektroden werden aus ultradünnen flexiblen Folien gefertigt, die eine leistungsfähige Erfassung neuronaler Signale mit biomechanischer Nachgiebigkeit verbinden. Das Forschungsteam testete erfolgreich ein hochauflösendes Array mit 1.024 Kanälen an Makaken. Dabei wies es sowohl die Erfassung von Signalen in großem Umfang als auch die langfristige Stabilität nach. Damit entspricht die Größenordnung den zentralen Spezifikationen kommerzieller Systeme, bietet aber eine bessere mechanische Anpassung an lebendes Gewebe.
Vom Labor zu Patienten
Der Durchbruch bei den Elektroden kommt in einer Phase, in der sich die Entwicklung invasiver Gehirn-Computer-Schnittstellen in China insgesamt beschleunigt. Im März 2025 startete das Center for Excellence in Brain Science and Intelligence Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gemeinsam mit dem Huashan-Krankenhaus der Fudan-Universität Chinas erste klinische Studie am Menschen mit einem invasiven Gehirn-Computer-Schnittstellensystem. Damit war China nach den Vereinigten Staaten das zweite Land, das invasive Gehirn-Computer-Schnittstellen in die klinische Erprobung brachte. Das Operationsteam setzte hochpräzise Navigationssysteme ein, um die Elektroden millimetergenau im motorischen Kortex zu platzieren und den Eingriff möglichst schonend durchzuführen.
Der erste Teilnehmer, ein Mann, der vor 13 Jahren bei einem Starkstromunfall alle vier Gliedmaßen verloren hatte, erhielt das Implantat am 25. März 2025. Nach zwei bis drei Wochen Training konnte er elektronische Geräte allein mit seinen Gedanken steuern und Rennspiele sowie Schachprogramme geschickt bedienen. Ein zweiter Patient, Herr Zhang, der 2022 eine schwere Rückenmarksverletzung erlitten hatte, erreichte noch bemerkenswertere Fähigkeiten. Nachdem er im Juni 2025 das drahtlose WRS01-Implantat erhalten hatte, lernte er, einen intelligenten Rollstuhl zu steuern, Roboterhunde zu bedienen und bezahlte Fernarbeit bei der Produktkontrolle für Verkaufsautomaten zu übernehmen. Er ist der erste bekannte Teilnehmer einer BCI-Studie, der allein mithilfe neuronaler Signale eine bezahlte Arbeit aufgenommen hat.
Der Vorfall liegt inzwischen mehr als drei Jahre zurück, und jetzt kann ich endlich wieder arbeiten.
Der Patient beschrieb seine Tätigkeit als Praktikant in der Sortierung, bei der er einen Computercursor mit seinen Gedanken steuert. Das System verarbeitet neuronale Signale, erkennt Bewegungsabsichten und erzeugt innerhalb von wenigen Dutzend Millisekunden Steuerbefehle – schneller als ein Augenblinzeln.
Chinas wachsendes BCI-Ökosystem
Auch außerhalb der akademischen Forschung nimmt die kommerzielle Entwicklung rasch Fahrt auf. Zhiran Medical, ein von Fang Ying mitgegründetes Unternehmen, erhielt kürzlich eine Serie-A-Finanzierung von mehr als 300 Millionen Yuan, um die klinische Umsetzung invasiver BCI-Technologie voranzutreiben. Das Unternehmen hat vollständig implantierbare drahtlose Systeme mit bis zu 1.024 Kanälen entwickelt. Die etwa münzgroßen Prozessoren verbrauchen 75 Prozent weniger Strom als frühere Modelle. In Peking hat das Unternehmen Produktionsanlagen nach klinischen Standards eingerichtet, in denen die dehnbaren Elektroden in großem Maßstab hergestellt werden können.
Weitere Unternehmen steigen mit ergänzenden Ansätzen in den Markt ein. StairMed Technology hat ultraflexible Elektroden entwickelt, deren Durchmesser nur ein Hundertstel eines menschlichen Haars beträgt. Dadurch nehmen Gehirnzellen ihre Anwesenheit kaum wahr. Das Unternehmen plant multizentrische Studien mit 30 bis 40 Teilnehmern und strebt eine Marktzulassung bis 2028 an. Shanghai Brain Tiger Technology wiederum hat flexible Elektrodenarrays mit 256 Kanälen vorgestellt, deren Datenübertragungsraten mit den veröffentlichten Werten von Neuralink vergleichbar sind.
Die nationale Politik unterstützt diese Geschäftstätigkeit. China hat die Entwicklung von Gehirn-Computer-Schnittstellen in die Empfehlungen für seinen kommenden 15. Fünfjahresplan aufgenommen. Im März 2025 legte die Nationale Verwaltung für Krankenversicherung eigene Abrechnungspositionen für die Implantation und Entfernung invasiver BCI-Systeme fest. Damit wurde die regulatorische Grundlage für die klinische Abrechnung und die Kostenübernahme durch Versicherungen geschaffen.
Das globale Technologierennen
Mit dieser Entwicklung tritt China im Wettlauf um die Vermarktung gedankengesteuerter Geräte in direkte Konkurrenz zu US-amerikanischen Unternehmen, insbesondere Neuralink. Die Vereinigten Staaten haben zwar Vorteile bei der Chipintegration und bei kompletten Systemen, doch China hat sich besondere Stärken bei flexiblen Elektrodenmaterialien und minimalinvasiven Operationstechniken erarbeitet. Der Querschnitt der chinesischen Elektroden ist fünf- bis siebenmal kleiner als der von Neuralinks Geräten. Zudem sind sie mehr als 100-mal flexibler als konkurrierende Produkte.
Die technischen Ansätze unterscheiden sich deutlich. Neuralinks vollständig invasives System erfordert, einen Teil des Schädels zu entfernen und starre oder halbstarre Elektrodenarrays zu implantieren. Das birgt höhere Operationsrisiken. Chinesische Teams setzen auf minimalinvasive Verfahren mit kleinen Schädelöffnungen und ultraflexiblen Sonden. Lu Junfeng, Neurochirurg am Huashan-Krankenhaus, veranschaulichte die Unterschiede zwischen BCI-Ansätzen mit einem Vergleich aus dem Sport: Nichtinvasive Geräte seien wie Mikrofone außerhalb eines Stadions, die nur den Lärm der Zuschauer aufnähmen. Halb invasive Geräte hingen über dem Spielfeld und erfassten den Ton klarer. Invasive Geräte seien direkt an den Spielern befestigt und hörten jedes Wort in perfekter Klarheit.
Das chinesische System profitiert zudem von den Stärken des Landes bei der Telekommunikationsinfrastruktur. Das WRS01-System erreicht dank optimierter drahtloser Kommunikationsprotokolle eine Ende-zu-Ende-Latenz von unter 100 Millisekunden. Dadurch fühlt sich die Steuerung für die Nutzer natürlich und unmittelbar an.
Technische Herausforderungen bleiben
Trotz dieser Fortschritte gibt es weiterhin erhebliche Hürden, bevor invasive BCI-Systeme zur routinemäßigen medizinischen Behandlung werden können. Die langfristige Biokompatibilität bleibt eine zentrale Frage. Akute Tests zeigen zwar nur minimale Immunreaktionen, doch die Reaktion des Gehirns auf Fremdkörper über Jahre oder Jahrzehnte muss weiter beobachtet werden. Auch die Aktualisierung der Geräte stellt Forscher vor Herausforderungen. Anders als externe Elektronik lassen sich implantierte Systeme nicht ohne Weiteres austauschen, ohne eine weitere Operation vorzunehmen.
Mit dem technischen Fortschritt gehen ethische Fragen und Sicherheitsbedenken einher. Invasive BCI-Systeme schaffen einen direkten Zugang zum Gehirn und werfen damit Fragen zum Schutz neuronaler Daten und zur Abwehr unbefugter Zugriffe auf. Medizinethiker betonen, wie wichtig strenge Standards für die Identitätsprüfung, die Verschlüsselung von Informationen und den Schutz vor dem Missbrauch von Gehirndaten sind. Die Technologie erfordert außerdem eine sorgfältige psychologische Untersuchung der Patienten, da sie sich an Maschinen gewöhnen müssen, die ihre Gedanken interpretieren.
Auf einen Blick
- Chinesische Forscher veröffentlichten in Nature Electronics ein dehnbares Elektrodendesign, das das Problem des Zurückziehens löst. Bei Neuralinks erstem Versuch am Menschen waren 85 Prozent der Elektroden ausgefallen.
- Die spiralförmigen Elektroden benötigen ein Hundertstel der Dehnungskraft herkömmlicher Modelle und verringern so Gewebeschäden und Immunreaktionen.
- China startete im März 2025 seine erste klinische Studie mit invasiven BCI-Systemen und war damit nach den USA das zweite Land, das diesen Meilenstein erreichte.
- Patienten können Computer, Rollstühle und Roboterhunde mit ihren Gedanken steuern. Ein Teilnehmer ist in eine bezahlte Fernarbeit zurückgekehrt.
- Mehrere chinesische Unternehmen, darunter Zhiran Medical und StairMed, arbeiten auf eine für 2028 angestrebte Marktzulassung hin.
- Die Technologie ist im kommenden 15. Fünfjahresplan Chinas berücksichtigt. Für BCI-Eingriffe wurden eigene medizinische Abrechnungsziffern eingeführt.
