211service.com
Een hersen-computerinterface die draadloos werkt
Een paar verlamde patiënten zouden binnenkort een draadloze hersencomputer-interface kunnen gebruiken die hun gedachtecommando's net zo snel kan streamen als een internetverbinding thuis.
Een draadloze herseninterface gebruikt de afgebeelde hoofdzender.
Na meer dan tien jaar technisch werk hebben onderzoekers van Brown University en een bedrijf in Utah, Blackrock Microsystems, een draadloos apparaat op de markt gebracht dat aan de schedel van een persoon kan worden bevestigd en via radio-gedachtecommando's kan worden verzonden die zijn verzameld van een hersenimplantaat. Blackrock zegt dat het toestemming zal vragen voor het systeem van de Amerikaanse Food and Drug Administration, zodat de mentale afstandsbediening kan worden getest op vrijwilligers, mogelijk al dit jaar.
Het apparaat is ontwikkeld door een consortium, BrainGate genaamd, gevestigd in Brown en een van de eersten die implantaten in de hersenen van verlamde mensen plaatste en aantoonde dat elektrische signalen die door neuronen in de cortex worden uitgezonden, konden worden geregistreerd en vervolgens gebruikt om een rolstoel of stuur een robotarm (zie Hoop implanteren).
Een belangrijke beperking van deze provocerende experimenten was dat patiënten de prothese alleen kunnen gebruiken met de hulp van een bemanning van laboratoriumassistenten. De hersensignalen worden verzameld via een kabel die in een poort op hun schedel is geschroefd en vervolgens langs draden naar een omvangrijk rek met signaalprocessors gevoerd. Dit thuis gebruiken is ondenkbaar of onpraktisch als je vastzit aan een heleboel elektronica, zegt Arto Nurmikko, de Brown-professor in de techniek die leiding gaf aan het ontwerp en de fabricage van het draadloze systeem.
De nieuwe interface maakt een einde aan veel van die bedrading door hersengegevens te verwerken in een apparaat ter grootte van een tankdop van een auto. Het is bevestigd aan de schedel en verbonden met elektroden in de hersenen. In het apparaat bevindt zich een processor om de zwakke elektrische pieken te versterken die door neuronen worden uitgezonden, circuits om de informatie te digitaliseren en een radio om het een afstand van enkele meters naar een ontvanger te sturen. Daar is de informatie als stuursignaal beschikbaar; zeg maar om een cursor over een computerscherm te bewegen.
Het apparaat verzendt gegevens uit de hersenen met een snelheid van 48 megabits per seconde, ongeveer net zo snel als een residentiële internetverbinding, zegt Nurmikko. Het gebruikt ongeveer 30 milliwatt aan stroom - een fractie van wat een smartphone gebruikt - en wordt aangedreven door een batterij.
Wetenschappers hebben eerder prototypes gemaakt van draadloze hersen-computerinterfaces en er zijn enkele eenvoudigere zenders verkocht voor dieronderzoek. Maar er bestaat gewoon niet zoiets als een apparaat dat zoveel ingangen heeft en megabits en megabits aan gegevens uitspuugt. Het is in wezen een nieuw soort apparaat, zegt Cindy Chestek, een assistent-professor biomedische technologie aan de Universiteit van Michigan.
Hoewel het implantaat het equivalent van ongeveer 200 dvd's aan gegevens per dag kan verzenden, is dat niet veel informatie in vergelijking met wat de hersenen genereren bij het uitvoeren van zelfs de eenvoudigste beweging. Van de miljarden neuronen in de menselijke cortex hebben wetenschappers er nooit direct meer dan 200 of zo gelijktijdig gemeten. Jij en ik gebruiken onze hersenen als petabyte-machines, zegt Nurmikko. Volgens die norm zal 100 megabit per seconde er heel bescheiden uitzien.
Blackrock is begonnen met de verkoop van de draadloze processor, die het Cereplex-W noemt en ongeveer $ 15.000 kost, aan onderzoekslaboratoria die primaten bestuderen. Tests bij mensen zouden snel kunnen gebeuren, zegt Florian Solzbacher, een professor aan de Universiteit van Utah en de eigenaar en president van Blackrock. De Brown-wetenschappers hebben plannen om het te proberen bij verlamde patiënten, maar hebben dat nog niet gedaan.
Momenteel nemen een half dozijn verlamde mensen, waaronder sommigen in de late stadia van ALS, deel aan BrainGate-onderzoeken met behulp van de oudere technologie. In die onderzoeken, die aan de gang zijn in Boston en Californië, is het implantaat dat contact maakt met de hersenen een kleine reeks naaldachtige elektroden die uit silicium zijn gesneden. Ook verkocht door Blackrock, wordt het gewoonlijk de Utah-array genoemd. Om een brein-machine-interface tot stand te brengen, wordt die array in het weefsel van de cerebrale motorische cortex geduwd, waar de uiteinden de schietpatronen van 100 neuronen of meer tegelijk registreren.
Die kleine stroomstoten, hebben wetenschappers ontdekt, kunnen worden gedecodeerd tot een vrij nauwkeurige uitlezing van welke beweging een dier of een persoon van plan is. Door die signalen te decoderen, hebben honderden apen, evenals een groeiend aantal verlamde vrijwilligers, een computermuis kunnen besturen of objecten kunnen manipuleren met een robotarm, soms met verrassende behendigheid (zie Het gedachte-experiment).
Maar de BrainGate-technologie zal nooit een echt medicijn worden totdat het sterk vereenvoudigd en betrouwbaarder is gemaakt. De op het hoofd gemonteerde draadloze module is een stap in de richting van dat doel. Uiteindelijk, zeggen wetenschappers, zal alle elektronica volledig in het lichaam moeten worden geïmplanteerd, zonder dat er draden door de huid reiken, omdat dat tot infecties kan leiden. Vorig jaar rapporteerden de Brown-onderzoekers het testen van een prototype van een volledig geïmplanteerde interface, met de elektronica in een titanium blikje dat onder de hoofdhuid kan worden verzegeld. Dat apparaat is nog niet gecommercialiseerd.
Als ze het onder de huid zouden kunnen stoppen, dan zou alles wat je in de video's ziet thuis gedaan kunnen worden, zegt Chestek, verwijzend naar films van patiënten mentale controle gebruiken om robotarmen te bewegen. Die draad die door de huid gaat, is het gevaarlijkste deel van het systeem.