211service.com
Op afstand bestuurbare mensen
Het is een verontrustende gedachte: met een druk op de knop de manier waarop een persoon beweegt op afstand kunnen besturen. Maar wetenschappers zijn er al in geslaagd om dat te doen - hoewel niet met hetzelfde repertoire van complexe bewegingen als bijvoorbeeld een geoefende negenjarige die een speelgoedraceauto bestuurt.
Wetenschappers in Australië, Japan en de Verenigde Staten proberen verfijndere manieren te ontwikkelen om het evenwichtsorgaan van de hersenen te stimuleren - niet alleen om beweging te beïnvloeden, maar ook om meer realistische virtual reality-simulaties te creëren, evenals medische protheses om mensen te helpen met evenwicht aandoeningen.
De apparaten werken door het vestibulaire systeem te stimuleren - een reeks kleine structuren net achter het oor die het hoofd rechtop houden en de visuele wereld er stabiel uit laten zien, zelfs wanneer iemand loopt en rondkijkt. Drie met vloeistof gevulde kanalen, bekend als de cirkelvormige kanalen, voelen de rotatie van het hoofd, terwijl een andere structuur, de otolieten, de richting van de zwaartekracht voelt. Signalen van de vestibulaire zenuw gaan naar de hersenen; een grotere frequentie van signalen van één oor signaleert bijvoorbeeld dat het hoofd in die richting beweegt.
Wetenschappers kunnen het vestibulaire systeem stimuleren met een kleine elektrische schok die net achter het oor wordt geleverd door een klein extern apparaat, waardoor de normale vestibulaire signalen uit de lucht komen vallen. Afgelopen zomer demonstreerden Japanse wetenschappers van Nippon Telegraph and Telephone Communication Science Laboratories een dergelijk apparaat op een technische conferentie in Los Angeles. Vrijwilligers zetten een vreemd uitziende koptelefoon op en een blinddoek, terwijl iemand anders op de knoppen van de afstandsbediening drukte, waardoor de geblinddoekte proefpersoon onhandig door de kamer weefde.
Maar het apparaat werkt niet zo goed als een op afstand bestuurbare auto. Een snelle schok aan één kant van het hoofd geeft mensen het gevoel dat ze omvallen, dus corrigeren ze hun evenwicht door naar de ene of de andere kant te gaan, waardoor een soort van slingerend looppatroon ontstaat. En de persoon moet geblinddoekt zijn om het apparaat te laten werken, anders corrigeren visuele signalen de schijnbare mismatch in hoofdpositie. Het geeft je het gevoel dat je in een bepaalde richting beweegt, maar het is niet zo specifiek, zegt Steven Moore, een wetenschapper aan de Mount Sinai School of Medicine, die deze stimulatie bestudeert, bekend als galvanische vestibulaire stimulatie. Dat is de grote beperkende factor. (Klik hier voor een video van Moore die met het apparaat loopt.)
In de nieuwste versie van de techniek vonden wetenschappers van de Universiteit van New South Wales in Australië een relatief eenvoudige oplossing voor het stuurprobleem. Ze dienden de vestibulaire stimulaties toe terwijl de vrijwilligers hun gezicht naar de grond of de lucht wendden. Om redenen die niet helemaal begrepen werden, zorgde dit ervoor dat ze bij stimulatie netjes naar links of rechts zwenkten, zonder de kenmerkende duizeligheid. Als bewijs van dit bedreven niveau van controle stuurden onderzoekers geblinddoekte vrijwilligers door de Sydney Public Gardens.
Maar verwacht niet snel op afstand bestuurbare mensen. Dit is niet erg praktisch, vanwege het gebrek aan specificiteit van [elektrische] input en het feit dat stimulatie wordt overschreven door visuele input, zegt Moore. In plaats daarvan ontwikkelen wetenschappers apparaten om te proberen virtual reality-omgevingen realistischer te maken of om mensen met vestibulaire stoornissen te helpen.
Moore ontwikkelt een apparaat om betere vluchtsimulatoren voor astronauten te maken. Een groot percentage van de landingen van de spaceshuttle komt sneller binnen dan de doelsnelheid, zegt hij, mogelijk omdat de sensorische systemen van piloten zich hebben aangepast aan de zwaartekrachtvrije omgeving van de ruimte. De huidige trainingssimulaties zijn te gemakkelijk voor deze piloten, dus gebruiken we [elektrische stimulatie] om de normale vestibulaire functie te verstoren en illusoire bewegingssensaties te produceren, zegt hij. Die stimulatie bootst het gevoel na van het landen van de shuttle, wanneer piloten de radicale verschuiving ondergaan van zwaartekracht naar hyperzwaartekracht.
Apparaten die vestibulaire stimulatie toepassen, kunnen ook worden gebruikt om mensen te helpen met aandoeningen van het vestibulaire systeem, die kunnen worden veroorzaakt door schade tijdens een operatie om hersentumoren te verwijderen of bepaalde soorten medicijnen, hersenletsel of andere oorzaken. Mensen met vestibulaire stoornissen hebben vaak één oor dat beter functioneert dan het andere, zegt Timothy E. Hullar , een otolaryngoloog aan de Washington University School of Medicine in St. Louis. Het zou handig zijn om een manier te hebben om ze in evenwicht te brengen - zoals proberen om luidsprekers op een stereo te balanceren.
Andere wetenschappers ontwikkelen implanteerbare apparaten die de vestibulaire zenuwen specifieker kunnen stimuleren dan niet-invasieve galvanische stimulatie. Wanneer je kussentjes op de huid legt, kun je de perceptie creëren dat het hoofd kantelt, maar dat is ongeveer zo specifiek als je kunt krijgen, zegt Charley Della Santina , een vestibulaire expert aan de John's Hopkins School of Medicine. Maar door elektroden achter het oor te implanteren, kunnen onderzoekers individuele zenuwen stimuleren en daardoor nauwkeuriger signalen naar de hersenen sturen. We willen een vestibulair implantaat maken dat werkt als een cochleair implantaat om de ontbrekende vestibulaire informatie te vervangen, zegt Daniel Merfeld , een wetenschapper aan de Massachusetts Eye and Ear Infirmary in Boston, die ook een dergelijk apparaat ontwikkelt.
Tot nu toe hebben zowel Santina als Merfeld hun implantaten alleen op dieren getest, maar ze zeggen dat er binnen de komende vijf tot tien jaar een door mensen testbare versie kan worden ontwikkeld.