211service.com
Hoop implanteren
Knallen, knetteren, knallen. Ik luister naar een brein dat praat in een taal die onverstaanbaar lijkt, een koor van miljoenen neuronen dat vuren, in mijn oor klinken als de elektrische fuzz van een kortegolfradio tussen stations. Dan komt een kenmerkende pop. Ik hoor het weer: pop. Ik ben een video aan het kijken. De hersenen in kwestie zijn van een bebaarde man die op een stoel zit. Het slachtoffer van een steekpartij drieënhalf jaar geleden is vanaf zijn nek verlamd. De ventilator waarmee hij kan ademen borrelt. Matthew Nagle, een 25-jarige voormalige high-school football-ster uit Weymouth, MA, heeft een rond, titanium voetstuk dat een centimeter van zijn hoofd uitsteekt aan de rechterkant bij de kruin.
Op 4 juli 2001 raakte Nagle betrokken bij een melee op Wessagussett Beach in Weymouth. Hij herinnert zich alleen dat vuisten begonnen te vliegen en dat een vriend werd aangevallen. Iemand riep iets over een mes en Nagle kreeg een black-out. Later die avond, toen zijn vader, een rechercheur bij de politie, werd gebeld door de politie, kreeg hij te horen dat zijn zoon waarschijnlijk zou sterven. Het mes van 20 centimeter had de ruggengraat in zijn nek doorgesneden, waardoor hij verlamd en aan een beademingsapparaat lag. Nagle overleefde, maar na jaren van immobiliteit en verveling, stemde hij ermee in om deel te nemen aan een klinische proef om te bepalen of een mens veilig een computercursor kan manipuleren met behulp van een brain-computer interface (BCI).
Aan het voetstuk, chirurgisch geïmplanteerd onder Nagle's schedel, is een reeks elektroden op een chip bevestigd die grenst aan het deel van zijn hersenen dat de motorische activiteit regelt. De chip heeft de grootte van een baby-aspirine: de 100 kleine haardunne elektroden pikken de elektrische signalen op die door de hersenen worden uitgezonden, waarbij elke elektrode signalen opvangt van een paar nabijgelegen neuronen. Zoals aangetoond in een video die ik eind vorig jaar heb bekeken, is een vierkante, grijze plug op het voetstuk geschroefd; de stekker is met draden verbonden met een computer in de buurt. Wanneer de neuronen van Nagle vuren, worden de impulsen gelezen en gedecodeerd door software die de elektrische knallen van sets neuronen kan interpreteren. De computer leest de gedachten van Nagle - of in ieder geval de plofjes die door de elektroden worden geregistreerd - en ontcijfert een paar eenvoudige commando's die in de elektrische taal van de hersenen worden uitgesproken.
Nagle zit voor een handprothese. Oorspronkelijk ontworpen voor geamputeerden die het zouden beheersen door spiertrekkingen in de stompen van hun armen, is het robotarme ledemaat aangesloten op de computer en zal openen en sluiten wanneer Nagle zich voorstelt dat hij zijn eigen linkerhand opent en sluit. Nagle is misschien verlamd, maar de neuronen in zijn grote hersenen die de motoriek aansturen, zijn redelijk gezond.
Knallen, knetteren, knallen.
Ik hoor een technicus Nagle vragen zich voor te stellen dat hij zijn hand gebruikt. Hij doet. Dit activeert de relevante neuronen in zijn motorische cortex, waardoor een elektrisch signaal wordt gecreëerd dat wordt ontvangen door de geïmplanteerde elektroden en wordt gedecodeerd door de computer - een reeks gebeurtenissen die ervoor zorgen dat de kunstduim en wijsvinger openen en sluiten.
De implicaties voor Nagle en anderen zoals hij, gevangen in slecht functionerende lichamen door verwondingen of degeneratieve neurologische ziekten, zijn geweldig. Nagle is de eerste mens die ooit een armprothese heeft geopereerd met alleen zijn geest. Tijdens een bezoek aan zijn kamer in een zorginstelling ten zuiden van Boston, zag ik Nagle verder een cursor op een computer bedienen waarmee hij e-mails kan verzenden en ontvangen, eenvoudige spelletjes kan spelen en zijn televisie kan bedienen. Omringd door foto's van zijn vrienden en familie, en door zijn ware heiligdom voor de Boston Red Sox en hun overwinning in de World Series 2004, werkte Nagle samen met technicus Maryam Saleh terwijl ze de computer naar zijn hersenen kalibreerde. De opstelling is omvangrijk, ongeveer zo groot als een wasmachine, met twee monitoren voor de technicus en één voor Nagle.
Toen ik hem zag, was Nagle moe en een beetje chagrijnig, zijn omgang met de cursor rudimentair. Hij probeerde met de cursor een animatie van een zakje geld te vangen. Ik kan het vandaag niet krijgen, niet eens in de buurt, klaagde hij.
Later stelde Saleh de computer zo in dat Nagle van zender kon veranderen op een televisie, en met moeite kon Nagle van zender veranderen. De aanwezigheid van een verslaggever kan die dag een deel van het probleem zijn geweest. De wetenschapper die voornamelijk verantwoordelijk was voor het apparaat van Nagle, neurowetenschapper John Donoghue van Brown University, verzekerde me dat zijn patiënt het in het verleden veel beter had gedaan. Nagle vertelde me dat hij de dag voor mijn bezoek met succes een meer geavanceerde prothetische arm had gemanipuleerd met gewrichten die menselijke bewegingen mogelijk maakten. Het werkte heel goed, zegt Nagle. Ik zou het overal kunnen verplaatsen.
Het is bemoedigend dat het systeem zo goed heeft gewerkt, zegt Leigh Hochberg, neuroloog aan de Harvard University en expert op het gebied van patiënten met ernstige motorische beperkingen. Hochberg is een hoofdonderzoeker voor de Amerikaanse Food and Drug Administration-studie die in april vorig jaar werd goedgekeurd om de implantaten op vijf patiënten te testen. (Tot nu toe is Nagle de enige vrijwilliger voor de proef.)
Vooralsnog is de technologie erg grof. De computer begrijpt slechts een klein deel van wat er in het brein van Nagle gebeurt, waar miljarden neuronen tegelijk kunnen vuren, met biljoenen interacties. Toch is het implantaat een belangrijke stap, een neurologische Rosetta-steen in het meest complexe ontcijferingsproject in de geschiedenis, een die misschien al tientallen jaren niet voltooid zal zijn.
Een eerste stap
Nagle is niet de eerste mens die een geïmplanteerde BCI bedient. Eind jaren negentig implanteerde neurowetenschapper Philip Kennedy, de medeoprichter en chief executive van een in Atlanta gevestigd bedrijf voor neuroprothesen, Neural Signals, elektroden in de hersenen van patiënten. Maar Kennedy implanteerde slechts twee glazen elektroden, dus er werden veel minder neurale signalen opgevangen dan mogelijk is met Nagle's array. Kennedy's onderwerpen konden alleen een cursor op en neer bewegen op een computerscherm. Donoghue hoopt de technologie veel functioneler te maken. Donoghue is niet alleen hoogleraar neurowetenschappen aan Brown, maar ook medeoprichter en Chief Scientific Officer van Cyberkinetics Neurotechnology Systems in Foxborough, MA, dat eigenaar is van de technologie en de proef uitvoert. Cyberkinetics hoopt zijn Braingate Neural Interface System binnen vijf jaar te verkopen aan patiënten die lijden aan quadriplegie en andere slopende aandoeningen, waaronder sommige soorten beroertes en amyotrofische laterale sclerose (de ziekte van Lou Gehrig), zegt Timothy Surgenor, president en CEO van het bedrijf. Surgenor stelt zich een versie van Braingate voor waarmee patiënten, met alleen de kracht van het denken, rolstoelen met kunstmatige armen en handen kunnen besturen, de jaloezieën in een zonnige kamer kunnen sluiten en andere soortgelijke taken kunnen uitvoeren.
Het idee om een bedrijf te starten ontstond in 2000 bij Donoghue tijdens een gesprek met postdoc Nicholas Hatsopoulos. Oorspronkelijk, zegt Hatsopoulos, die nu een assistent-professor neuroanatomie is aan de Universiteit van Chicago, was het onderzoek uitsluitend bedoeld om te bestuderen hoe neuronen bewegingen bij apen controleren. Toen, op een dag in een gang in het lab, zei Donoghue: Waarom beginnen we geen bedrijf en brengen dit naar mensen? Hatsopoulos was het daar meteen mee eens. Sinds de oprichting in mei 2001 heeft Cyberkinetics meer dan $ 15 miljoen opgehaald en ongeveer $ 10 miljoen uitgegeven, en het zal $ 40 miljoen tot $ 50 miljoen meer nodig hebben om de komende drie tot vijf jaar te blijven werken, totdat Braingate is goedgekeurd en kan worden verkocht. Het apparaat moet nog steeds worden gestroomlijnd en draadloos worden gemaakt, zegt Surgenor, en geautomatiseerd, zodat Nagle en anderen het zelf kunnen gebruiken.
De wetenschappers die samenwerken met Donoghue bij Brown en Cyberkinetics behoren tot de velen over de hele wereld die werken aan de volgende generatie neurale protheses - dat wil zeggen, protheses die alleen door menselijk denken worden bezield. Donoghue zegt dat dit onderzoek ooit gehandicapten in staat zal stellen te lopen, en dat het Nagle misschien in staat zal stellen zijn eigen handen weer te gebruiken, door een beschadigd, organisch zenuwstelsel aan te vullen met een functioneel cybernetisch systeem. Dergelijke beweringen zouden een paar jaar geleden nog fantasievol hebben geleken, maar andere wetenschappers vinden ze aannemelijk. Het is zeer goed mogelijk dat we dit kunnen doen, zegt neurowetenschapper Andrew Schwartz van de University of Pittsburgh.
Tegelijkertijd is Schwartz echter sceptisch dat het huidige apparaat van Donoghue net zo goed werkt als geadverteerd. De bewegingen die ze krijgen zijn grof, zegt hij. Het is niet duidelijk hoe goed de menselijke opnames [van de neurale signalen] zijn; ze hebben ons dit nog niet verteld. Schwartz vraagt zich ook af of het spelen van games, het verzenden van e-mail en het aanzetten van de televisie de kwaliteit van leven van de patiënt echt zal verbeteren, tenzij de patiënt is opgesloten - dat wil zeggen, zo volledig verlamd dat hij of zij niet kan praten of knipperen en dus is niet in staat om computerinterfaces te gebruiken die spraak- en ooggeactiveerd zijn. Om nuttig te zijn, zal het veel beter moeten zijn, om meer dingen te doen, zegt hij. Het eigen laboratorium van Schwartz heeft een BCI voor apen ontwikkeld die een arm beweegt met een menselijk bereik en behendigheid in een driedimensionale ruimte.
Neurowetenschapper Miguel Nicolelis van Duke University, een andere expert op het gebied van BCI, verwerpt het Nagle-proces als een stunt. Er zijn andere prothetische apparaten en interfaces die deze dingen kunnen doen, zegt hij. Om met chirurgische ingrepen te gaan, moet je iets diepgaanders doen. Ik denk dat ze een paar stappen hebben overgeslagen om dit klaar te maken voor mensen. Zo zijn de elektroden gevoelig voor verstopping met organisch materiaal, zegt hij. Om goed te werken, moet het implantaat van Nagle mogelijk periodiek operatief worden vervangen. Nicolelis maakt zich zorgen over tegenslagen voor het veld als er iets misgaat, zoals een infectie na een operatie. Nicolelis is van plan om in de nabije toekomst zijn eigen sensoren in mensen te implanteren, maar alleen voor wetenschappelijk onderzoek. Hij is kritisch over de commerciële beweegredenen van Cyberkinetics: hij vreest dat het bedrijf zich meer zorgen maakt over contant geld en het promoten van zijn werk dan over het leveren van het grootste voordeel aan patiënten.
Andere neurowetenschappers steunen Donoghue. Ik denk dat de tijd is gekomen om dit bij mensen te doen, zegt Richard Andersen, een vooraanstaand neurowetenschapper aan het California Institute of Technology, die ook op het punt staat menselijk onderzoek te doen met behulp van geïmplanteerde elektrode-apparaten die door zijn laboratorium zijn ontwikkeld. Neurowetenschapper Bill Heetderks, die tot 2003 leiding gaf aan de programma's voor neurale protheses van het National Institute of Neurological Disorders and Stroke en toezicht hield op subsidies aan Donoghue, Nicolelis en andere grote onderzoekers, wijst erop dat de FDA de Cyberkinetics-proeven als veilig en veelbelovend heeft goedgekeurd. Hij zegt dat de experimenten van Donoghue een cruciale vraag hebben beantwoord die niet in een dierstudie had kunnen worden beantwoord: zouden menselijke motorneuronen na langdurige verlamming van de ledematen nog steeds ontsteken zoals bij een gezond persoon? Dit was een belangrijke reden om dit experiment bij een mens te doen, zegt hij. Nu weten we dat de cellen nog steeds werken.
Donoghue zegt dat alle voorzorgsmaatregelen worden genomen om patiënten te beschermen, maar is het ermee eens dat Nagle niet in staat is om commando's goed uit te voeren. Het is niet zoals een valide persoon die een muis bestuurt, zegt hij. Hij stelt dat zelfs een beperkte vaardigheid beter is dan geen voor een quadriplegie.
Tegen potentiële critici van Braingate zegt Nagle: Laat ze maar komen kijken. Terwijl hij naar zijn kamer en zijn bewegingloze lichaam kijkt, zegt Nagle: Dit is mijn leven. Ik heb me vrijwillig aangemeld om dit te doen.
Nagle zegt dat Braingate hem nu maar in beperkte mate helpt, omdat hij het alleen kan gebruiken als de technicus er is, en het moet elke keer opnieuw worden gekalibreerd. Hé, ik wil weer lopen, of hiermee mijn rolstoel kunnen bedienen. Maar dit is een eerste stap. Op de vraag of hij denkt dat Cyberkinetics vanwege de commerciële ambities misschien met spoed naar vroege proeven is gegaan, zegt Nagle dat het hem niet uitmaakt. Ik denk dat ze dit nodig hadden om financiering te krijgen, en godzijdank hebben ze de financiering gekregen. Als ze me kunnen [helpen] om deze rolstoel te laten gaan en [die mogelijkheid aan anderen] te verkopen, dan ben ik er helemaal voor.
Leesintentie
Het werk van Donoghue wordt het best begrepen in de context van de wetenschappelijke inspanning om neuronale activiteit te interpreteren en erop te reageren. Sommige wetenschappers, zoals Donoghue, willen elektroden implanteren om sneller meer neuronale gegevens vast te leggen; anderen zijn niet zeker of implantaten nodig zijn. Maar ze zijn allemaal geïnteresseerd in het begrijpen hoe de hersenen kunnen werken met een computer om praktische technologieën te creëren voor verschillende doeleinden.
De woorden van de neuronale taal zijn te horen in de elektrische pieken in neuronen - hoewel sommige neurowetenschappers hebben voorgesteld om een BCI te maken door bredere, diepere velden van hersenactiviteit te volgen met behulp van elektro-encefalografie, waarvoor de chirurgische implantatie van elektroden niet nodig zou zijn. EEG-sensoren hebben enig succes gehad, maar ze hebben slechts zwakke signalen geproduceerd in vergelijking met implantaten die neuronale pieken opvangen.
Een piek is het hoogtepunt van een elektrische stroomstoot, het actiepotentiaal dat optreedt wanneer een neuron wordt geactiveerd en vuurt. Op een van de monitoren die de hersenactiviteit van Nagle toont, spelen tientallen actiepotentialen zich in rijen over het scherm af terwijl de computer signalen verzamelt van de elektroden in het implantaat van Nagle, die elk de activiteit van tientallen neuronen registreren. Wanneer een neuron vuurt, begint de lijn op de monitor evenredig met de elektrische stroomstoot te stijgen, en dan, met een snelheid van meer dan 100 keer sneller dan een oogwenk, piekt het, wat de plof veroorzaakt. Zodra het neuron is afgevuurd, valt het elektrische signaal weer naar beneden en blijft de output ofwel vlak of begint het opnieuw te stijgen.
Neuronen vuren, wanneer ze actief zijn, tussen de 20 en 200 keer per seconde. De timing en de locatie van pieken in de hersenen, en de interactie van meerdere pieken tussen neuronen, creëren de coherente signalen die worden omgezet in spierbewegingen en alle andere uitgangen van de hersenen.
Begrijpen hoe groeperingen van neuronen werken voor motorische activiteit is relatief eenvoudig, zegt Hatsopoulos, die hielp bij het schrijven van de algoritmen voor Braingate. Naarmate we meer neuronen tegelijk leren lezen, zal het ons uiteindelijk vertellen hoe hogere hersenfuncties werken, zoals emoties en ander gedrag en denkprocessen.
Door proeven op mensen uit te voeren, is Donoghue zijn collega's voor geweest, hoewel andere wetenschappers plannen hebben voor hun eigen klinische proeven met neuroprothesen die worden bestuurd met geïmplanteerde elektroden. In Atlanta heeft Kennedy's bedrijf goedkeuring gekregen van de FDA om implantaten met enkele en dubbele elektrode te testen bij ernstig gehandicapte patiënten. Bij Caltech is het team van Andersen begonnen te experimenteren met mensen die aan epilepsie lijden, met behulp van hersenimplantaten die chirurgisch zijn ingebed in de prefrontale cortex (een gebied dat helpt bij het plannen en uitvoeren van lichamelijke bewegingen); de implantaten voelen een naderende aanval en passen kleine elektrische schokken toe om deze af te sluiten. Hoewel Andersen geen commerciële plannen heeft voor het apparaat, is hij van plan om de menselijke tests in klinische proeven uit te breiden.
Andersen breidt zijn werk ook uit met apen; hij heeft sensoren geïmplanteerd in de beter functionerende delen van de hersenen van een aap en enkele van de elektrische signalen ontcijferd waarmee de aap acties plant en andere die zijn motivatie lijken te beheersen om een specifieke prestatie te leveren. We hebben een verschil in benadering van het werk van Donoghue, zegt Andersen. We lezen de intentie, terwijl Donoghue gebruikmaakt van het motorische deel van de hersenen. Apen met elektroden in beide hersengebieden kunnen cursors en apparaten verplaatsen, zegt Andersen.
Duke's Nicolelis heeft een systeem uitgevonden waarmee een aap een prothetische arm op en neer kan bewegen om een snack af te leveren. Nicolelis verbond ook het brein van zijn aap met internet en liet de aap een robotarm bedienen op 950 kilometer afstand. Hij heeft mensen getest met diepe hersenimplantaten om de patronen te bestuderen waarin hun neuronen vuren wanneer ze in ballen knijpen. Tot nu toe heeft hij de output van maximaal 50 cellen geregistreerd en gebruikt hij deze elektrische gegevens om algoritmen te bedenken om een cursor te verplaatsen. Hij bestudeert ook hoe neuronen in de hersenen zich aanpassen aan het gebruik van robotarmen en machines, aangezien neuronen voortdurend worden aangepast door het verwerven van nieuwe informatie en vaardigheden.
Door dit soort experimenten wordt de technologie snel gevorderd, waardoor deze steeds meer mogelijkheden krijgt om patiënten te helpen. Aan de Universiteit van Pittsburgh heeft Schwartz experimenten uitgevoerd waarmee apen een kunstmatige arm en hand vloeiender kunnen bewegen. Deze apparaten hebben de bewegingsgraden van een menselijke arm en elleboog, zegt hij. Zijn team wil hun arm testen op mensen. We zitten op een horizon van vijf jaar, zegt Schwartz, voor de arm om goed te werken bij mensen.
Ping! pong!
Bruine neurochirurg Gerhard Friehs voerde in juni 2004 de implantaatoperatie van Nagle uit in het Rhode Island Hospital in Providence. Friehs is een expert in het implanteren van neuro-apparaten zoals de Activa-hersenstimulatoren voor Parkinson-patiënten die de spiertrillingen die met de ziekte gepaard gaan, beheersen. Op een plastic model liet Friehs me de plek zien waar hij een klein gaatje in de schedel van Nagle boorde, boven het gebied dat de linkerarm bestuurt. Friehs bracht vervolgens het implantaat in met behulp van een pneumatische inserter, een apparaat dat volgens hem is als een nietpistool dat de elektrode-array op de hersenen schiet.
Nagle werd eerst onder algehele narcose gebracht, hoewel Friehs zegt dat dit in de toekomst misschien niet meer nodig zal zijn. Technici gebruikten vervolgens magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) van Nagle's hersenen om het motorische cortexgebied te lokaliseren dat specifiek is voor zijn anatomie. In de operatiekamer gebruikte Friehs de MRI-gegevens om hem naar de precieze coördinaten in de hersenen van Nagle te leiden en voerde vervolgens een hogesnelheidsboormachine in om een schedelcirkel ter grootte van een halve dollar te verwijderen. Friehs plaatste de elektrodechip van vier bij vier millimeter, de draden en het voetstuk en verving het stuk schedel. Totale bedrijfstijd: ongeveer vier uur.
Zes weken later, nadat de wonden van Nagle waren genezen en de onmiddellijke dreiging van infectie voorbij was, maakten de onderzoekers zich klaar om Braingate te testen. Cyberkinetiektechnicus Abraham Caplan, die met Saleh de huisbezoeken aflegt om Braingate twee of drie keer per week te bedienen in het woonzorgcentrum waar Nagle woont, herinnert zich de eerste keer dat ze Nagle aansloten, in augustus 2004. Op de video van deze inaugurele experiment, zit Nagle in zijn stoel en Saleh vraagt hem zich voor te stellen zijn hand naar links te bewegen. De computer zendt de snaps en plops uit van de signalen die over het scherm racen, terwijl het de realtime chatter van de hersenen leest, wat het correct vertaalt in een cursor die naar links beweegt op het scherm van Nagle. Niet slecht, man, zegt Nagle, niet slecht.
Kort daarna was Nagle in staat, met oefening, met zijn geest een ruwe cirkel op het scherm te tekenen, en hij ging verder met het spelen van Pong en leerde de cursor te bewegen om op commando's te klikken die zijn televisie bedienen, deze aan en uit te zetten, de zenders en het aanpassen van het volume. Het is net als fietsen, zegt Donoghue. Eerst wiebelt hij, overstuurt hij en dan gaat hij ineens rijden. Nagle kan tegelijkertijd praten en de computer bedienen, net zoals een gezond persoon een lied kan zingen en lopen. Dit is belangrijk, omdat hij niet actief hoeft te denken aan het naar links of rechts bewegen van zijn handen, zegt Donoghue. Hij denkt alleen maar aan het verplaatsen van de cursor, en hij beweegt.
Om te begrijpen wat Braingate voor Nagle betekent, bezoek ik Leigh Hochberg, de neuroloog van Harvard. Hochberg, een consultant bij het Spaulding Rehabilitation Hospital in Boston, werkt met patiënten die een beroerte of ernstig ruggenmergletsel hebben gehad. Hij laat me de kamer van de Assisted Technology Group in Spaulding zien, waar quadriplegische en andere ernstig gehandicapte patiënten computers en andere machines komen bedienen met apparaten die zijn aangesloten op oogleden, lippen of tongen, wat ze ook maar kunnen bewegen. Voor mensen zonder spierbeweging volgen speciale camera's de pupilbeweging, die patiënten hebben leren beheersen om cursors te bedienen. Anderen ademen in en uit door een rietje om een rolstoel te verplaatsen.
Hochberg is de hoofdonderzoeker voor de Cyberkinetics FDA-studie in Spaulding; dit was de tweede locatie die voor de proef werd gekozen, na het Sargent Rehabilitation Centre in Warwick, RI, de basis voor de proef van Nagle. Hochberg en medeonderzoeker Joel Stein, medisch directeur van Spaulding voor het beroerteprogramma, zijn begonnen met het rekruteren van patiënten om de ruimtes te vullen die zijn toegestaan onder de FDA-licentie. Surgenor wil ook nog een klinische proeflocatie openen, mogelijk in het Midwesten. Dit zal nog belangrijker worden als de FDA Fase II-onderzoeken bij mensen goedkeurt, waarbij tot enkele tientallen patiënten betrokken zouden zijn.
Ik denk dat we op korte termijn niet op zoek zijn naar een remedie voor dwarslaesie, zegt Stein, die niettemin gelooft dat Braingate op de lange termijn nuttig zal zijn voor patiënten met bepaalde soorten motorische verwondingen. We willen dit niet te veel verkopen aan onze patiënten, maar het potentieel in de toekomst is groot.
De kleur van het denken
Op de Brown University ontmoette ik computerexpert Michael Black, een alumnus van het beroemde Xerox Palo Alto Research Center in Californië. Black staat vooral bekend om zijn pogingen om machines te bedenken die kunnen zien, hoewel hij ook onderzoek heeft gedaan naar hersen-computerinterfaces. Black was snel verkocht door de mogelijke voordelen van Braingate en nam de taak op zich om verbeterde algoritmen te maken voor het ontcijferen van neuronale pieken. In theorie zou een betere ontcijfering een fijnere motorische controle mogelijk maken. Hij liet me wat grafieken zien met gekleurde pixels die hij had ontwikkeld om te visualiseren wat er gebeurt als een neuron vuurt. Elke grafiek toont de activiteit van een neuron over een reeks handbewegingen. De grafiek is blauw waar het neuron inactief is en paars, oranje gearceerd en dan rood waar het opgewonden raakt en snel piekt. (Een blauw veld met een felrode vlek in de rechterbovenhoek betekent bijvoorbeeld dat dit neuron actief wordt wanneer de hand van de aap omhoog en naar rechts beweegt.) Deze rasters vertellen Black de schietpatronen van een neuron, die hij kan modelleren om een computer te vertellen dat een bepaald gedachtecommando plaatsvindt en dat het de juiste actie moet ondernemen. De sleutel tot het maken van deze modellen, zegt hij, is de verbazingwekkende neiging van hersenneuronen om in relatief consistente patronen te vuren - consistent genoeg dat een computer ze nauwkeurig kan interpreteren.
In een gebouw op de campus van Brown sprak ik met een ander lid van Donoghue's team, Arto Nurmikko, een Finse elektrotechnisch ingenieur en natuurkundige die bekend staat om zijn ontdekkingen op het gebied van laseroptica en halfgeleiders. Hij en Donoghue werken eraan om Braingate te vereenvoudigen en het titanium voetstuk en de omvangrijke hardware van het prototype te vervangen door een veel kleiner intern systeem dat het implantaat zou verbinden met een haardunne glasvezelkabel die onder de huid van de patiënt zou lopen. De glasvezelkabel zou signalen van de hersenen naar een processor ter grootte van een pacemaker voeren, die in de borstkas zou worden geïmplanteerd.
De technologie zal enige tijd nodig hebben om zich te ontwikkelen. Maar Nurmikko zegt dat in dit systeem van de volgende generatie de communicatie tussen de hersenen en de machine tweerichtingsverkeer zou zijn, waarbij sensorische informatie van een robotledematen terug in de hersenen wordt doorgegeven, net als bij een gezond persoon. Wanneer een patiënt bijvoorbeeld naar een glas water reikt, zou dergelijke neurale feedback de hersenen en de computer helpen bij het berekenen van de inspanning die nodig is om het op te rapen.
Wachten op hulp
Zullen deze apparaten het leven van mensen verbeteren? Nagle zegt zelf dat Braingate, althans in zijn huidige vorm, hem slechts marginaal helpt. Dit ding werd gedaan om te zien of ik een cursor met gedachten kon verplaatsen, zegt hij, en dat deed ik in ongeveer drie minuten. Maar Nagle wijst er krachtig op dat hij voorheen niet veel deed. Ik zat hier zeven dagen per week zonder iets te doen, dus ik zei: 'Waarom niet?'
Volgens het FDA-protocol zal het onderzoek met Nagle een jaar duren. Ik zal in juni moeten beslissen of ik dit eruit wil halen. Ik weet niet zeker of ik door zal gaan. Ik wil misschien wachten tot ze er een hebben die kleiner en gemakkelijker te gebruiken is. Ik vraag hem of hij denkt dat hij weer zal lopen, en hij zegt dat hij dat is echt wachten op.
Het volgende boek van David Ewing Duncan, De geneticus die hoepels speelde met mijn DNA en andere meesterbreinen van de grenzen van de biotech , komt in mei uit.