Hersen-Computer Interface-technologie herstelt gevoel in hand van persoon met ruggengraatletsel

Een team van onderzoekers bij Battelle en het Ohio State University Wexner Medical Center meldt dat door het gebruik van Brain-Computer Interface-technologie, zij succesvol gevoel hebben hersteld in de hand van een persoon met een ernstig ruggengraatletsel. Deze ontwikkeling komt op een moment dat onderzoekers over de hele wereld werken aan technologie die in staat is om ledemaatfunctie te herstellen bij personen die verlamd zijn geraakt door letsel of ziekte. 

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Cell op 23 april. 

Kunstmatige sensorische feedback

De nieuwe technologie is gebaseerd op het gebruik van onwaarneembare minuscule neurale signalen die worden versterkt door kunstmatige sensorische feedback, die terug wordt gestuurd naar de persoon. Deze methode resulteert in een grote toename van motorische functie. 

Patrick Ganzer is de eerste auteur en een hoofdonderzoeker bij Battelle. 

“We nemen subperceptuele aanrakingen en versterken ze tot bewuste perceptie,” zegt Ganzer. “Toen we dit deden, zagen we verschillende functionele verbeteringen. Het was een groot eureka-moment toen we voor het eerst de tastzin van de deelnemer herstelden.”

De deelnemer

De deelnemer was een 28-jarige man die in 2010 betrokken was bij een auto-ongeluk, wat resulteerde in een ernstig ruggengraatletsel. De deelnemer, wiens naam Ian Burkhart is, is sinds 2014 betrokken bij een project genaamd NeuroLife om functie te herstellen in zijn rechterarm. 

Het nieuw ontwikkelde apparaat gebruikt een systeem van elektroden die op de huid worden geplaatst en een kleine computerchip die in de motorische cortex wordt geïmplanteerd. Er zijn draden die bewegingssignalen van de hersenen naar de spieren routeren, waardoor het ruggengraatletsel kan worden omzeild. Met het apparaat kan Burkhart zijn arm controleren en acties uitvoeren zoals het optillen van een koffiekop, het swipen van een creditcard en het spelen van videospellen die het gebruik van handen en armen vereisen. 

“Tot nu toe voelde Ian soms alsof zijn hand vreemd was vanwege het gebrek aan sensorische feedback,” zegt Ganzer. “Hij heeft ook moeite met het controleren van zijn hand, tenzij hij zijn bewegingen nauwlettend in de gaten houdt. Dit vereist veel concentratie en maakt eenvoudige multitasking, zoals het drinken van een frisdrank terwijl je tv kijkt, bijna onmogelijk.”

Telkens wanneer de onderzoekers zijn huid stimuleerden, was er geen gevoel, maar was er nog steeds een neurale signaal aanwezig in zijn hersenen. Het probleem was dat het neurale signaal zo klein was dat het niet kon worden waargenomen. De onderzoekers konden het signaal versterken zodat de hersenen konden reageren. 

Met behulp van haptische feedback werden de subperceptuele aanrakingssignalen kunstmatig teruggestuurd naar Burkhart, waardoor hij ze kon waarnemen. 

Met de nieuwe methode kon Burkhart dingen alleen maar detecteren door aanraking. Een andere doorbraak was dat het systeem het eerste BCI is dat tegelijkertijd beweging en aanraking kan herstellen, waardoor een groter gevoel van controle ontstaat. Ten slotte stelt de methode het BCI-systeem in staat om de juiste hoeveelheid druk te voelen voor het hanteren van een object. 

Het team van onderzoekers wil een BCI-systeem creëren dat thuis kan worden gebruikt. Een volgende generatie sleeve wordt momenteel ontwikkeld, die elektroden en sensoren bevat die kunnen worden aangedaan en uitgedaan. Ze werken ook aan een systeem dat kan worden gecontroleerd door een tablet in plaats van een computer. 

“Het is geweldig om te zien wat de mogelijkheden zijn van sensorische informatie die afkomstig is van een apparaat dat oorspronkelijk alleen was ontworpen om me mijn hand te laten controleren in één richting,” zegt Burkhart.