Neurowetenschappers zetten belangrijke stap naar brein-computer interfaces voor verlamde patiënten

BCI's, ofwel brein-computer interfaces, hebben als doel om patiënten met een neurologische aandoening weer (deels) controle te geven over hun bewegingen, zicht of spraak. KU Leuven-onderzoekers hebben belangrijke vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van een BCI die bewegingen uitvoert op basis van hersenactiviteit. De technologie wordt de komende jaren verfijnd voor de eerste testen bij patiënten.

De ontwikkeling en het gebruik van brein-computer interfaces wordt stapje per stapje een realiteit. BCI's meten hersensignalen via elektrodes in of op de hersenen of op de schedel, die vervolgens worden omgezet in computercommando's. Het uiteindelijke doel: mensen met een neurologisch letsel opnieuw controle geven over bewegingen of communicatie. Onderzoekers van KU Leuven hebben nu een belangrijke stap gezet in die richting.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in Science Advances, beschrijven neurowetenschappers hoe hersensignalen kunnen worden gebruikt om een virtueel personage in realtime te besturen in een complexe driedimensionale omgeving. Zonder een spier te bewegen konden proefdieren - drie resusapen in dit geval - een avatar door een virtuele wereld navigeren, obstakels ontwijken en hun traject aanpassen wanneer een doel plots veranderde.

Signalen uit drie hersengebieden

Wat deze nieuwe brein-computer interface bijzonder maakt, is dat ze gebruikmaakt van signalen uit meerdere motorische hersengebieden tegelijk. Dat maakt de controle intuïtiever en flexibeler dan bij eerdere systemen, die meestal op één hersengebied steunen.

Daarnaast hoefden de proefdieren nauwelijks te trainen om het systeem te gebruiken. In veel eerdere studies duurde het maanden voordat patiënten of dieren een toestel vlot konden bedienen. In deze studie volstond een korte trainingsfase, waarna de hersenen zich verder aanpasten tijdens het gebruik van het systeem.

"We zien dat de hersenen zich verrassend snel aanpassen aan het systeem," zegt auteur Peter Janssen, professor neurofysiologie aan KU Leuven. "Dat maakt de technologie veel realistischer voor toepassingen in het dagelijkse leven van patiënten."

Realistische 3D-omgeving

De onderzoekers ontwikkelden een virtuele omgeving waarin de proefdieren een bol of avatar konden zien bewegen. In eerste instantie observeerden ze enkel de beweging. Daarna reageerde de avatar rechtstreeks op hun hersenactiviteit. Zonder fysieke beweging konden ze zo doelen bereiken en obstakels ontwijken.

Die realistische 3D-omgeving is belangrijk, omdat toekomstige toepassingen - zoals het besturen van een rolstoel - ook moeten functioneren in complexe situaties, bijvoorbeeld in een woning of op straat.

Klinische testen in nabije toekomst

Het nieuwe onderzoek toont aan dat hersensignalen niet alleen eenvoudige bewegingen kunnen aansturen, maar ook complexe navigatie mogelijk maken. Dat is een cruciale stap richting praktische toepassingen in het dagelijks leven van patiënten.

Het Leuvense onderzoeksteam streeft ernaar om binnen een termijn van twee jaar de eerste testen bij mensen uit te voeren. "Er zijn concrete contacten met buitenlandse collega's om die proeven op te starten, bijvoorbeeld voor ALS-patiënten of mensen met de ziekte van Parkinson", verduidelijkt professor Janssen. "Het gebruik van BCI's buiten het onderzoekslabo komt almaar dichterbij, wat een belangrijk en hoopgevend vooruitzicht is voor patiënten met een neurologische aandoening." ​