Door een brain-to-computer-aansluiting konden mensen met ernstige ledematenzwakte onlangs via directe hersencontrole typen bij de hoogste snelheden en tot op heden gerapporteerde nauwkeurigheidsniveaus.

Twee van de deelnemers hebben amyotrofische laterale sclerose, ook wel de ziekte van Lou Gehrig genoemd, en één heeft een dwarslaesie.

Ze hadden elk een of twee baby-aspirine-grootte elektrodenreeksen in hun hersenen geplaatst om signalen te registreren van de motorische cortex, een regio die de spierbeweging regelt. De signalen zijn via een kabel naar een computer verzonden en door algoritmen vertaald in aanwijzen-en-klikken-opdrachten die een cursor naar tekens op een toetsenbord op het scherm leiden.

Elke deelnemer onderwees na minimale training de techniek voldoende om de resultaten van eerdere tests van brain-computer interfaces of BCI's te overtreffen, voor het verbeteren van de communicatie door mensen met een vergelijkbare gestoorde beweging. Met name bereikten ze de typeringspercentages zonder het gebruik van automatische hulp bij het afronden van woorden, wat gebruikelijk is in toepassingen voor elektronische toetsenborden, die hun prestaties waarschijnlijk zouden hebben versterkt.

Een deelnemer, Dennis Degray van Menlo Park, Californië, kon 39 correcte tekens per minuut typen, wat overeenkomt met ongeveer acht woorden per minuut.

Deze point-and-click-benadering zou kunnen worden toegepast op een verscheidenheid aan computerapparatuur, waaronder smartphones en tablets, zonder substantiële wijzigingen, zeggen de onderzoekers. Hun bevindingen verschijnen in het tijdschrift eLife.

"Dit is een van de coolste videogames waarmee ik ooit heb gespeeld. En ik hoef er zelfs geen kwart van te maken. '

"Het succes van onze studie markeert een belangrijke mijlpaal op weg naar een betere kwaliteit van leven voor mensen met verlamming", zegt Jaimie Henderson, hoogleraar neurochirurgie aan de Stanford University, die twee van de drie apparaatimplantatieprocedures uitvoerde in het Stanford Hospital. De derde vond plaats in het Massachusetts General Hospital.

"Deze studie rapporteert de hoogste snelheid en nauwkeurigheid, met een factor drie, vergeleken met wat eerder is getoond", zegt co-senior auteur Krishna Shenoy, hoogleraar elektrotechniek. "We naderen de snelheid waarmee je tekst op je mobiel kunt typen."

"De voorstelling is echt spannend", zegt voormalig postdoctoraal onderzoeker Chethan Pandarinath, die nu een gezamenlijke benoeming heeft aan de Emory University en het Georgia Institute of Technology als assistent-professor in de biomedische technologie. "We bereiken communicatiepercentages die veel mensen met arm- en handverlamming nuttig zouden kunnen vinden. Dat is een cruciale stap voor het maken van apparaten die geschikt zijn voor gebruik in de echte wereld. "

Shenoy's lab was de pionier van de algoritmen die werden gebruikt om de complexe salvo's van elektrische signalen af ​​te vuren die werden afgevuurd door zenuwcellen in de motorische cortex, het commandocentrum van de hersenen voor beweging en deze realtime omzetten in acties die gewoonlijk worden uitgevoerd door ruggenmerg en spieren.

"Deze goed presterende BCI-algoritmen gebruiken in menselijke klinische onderzoeken tonen het potentieel aan voor deze klasse van technologie om de communicatie naar mensen met verlamming te herstellen", zegt postdoctoraal wetenschapper Paul Nuyujukian.

'Ik gooide het afval weg in de regen'

Miljoenen mensen met verlamming leven in de Verenigde Staten. Soms komt hun verlamming geleidelijk, zoals gebeurt bij ALS. Soms komt het plotseling, zoals in het geval van Degray.

Nu 64, Degray werd op oktober 10, 2007, quadriplegic toen hij viel en een levensveranderende dwarslaesie opliep. "Ik gooide het afval weg in de regen," zei hij. Hij hield het afval in de ene hand en de recycling in de andere, gleed op het gras en landde op zijn kin. De inslag spaarde zijn hersenen, maar raakte ernstig gewond aan zijn ruggengraat, waardoor alle communicatie tussen zijn hersenen en spieren van het hoofd naar beneden werd afgesloten. "Ik heb niks aan de hand onder de sleutelbeenderen", zegt hij.

Degray ontving in augustus 2016 twee implantaten voor handen bij Henderson. In verschillende daaropvolgende onderzoekssessies werden hij en de andere twee deelnemers aan het onderzoek, die vergelijkbare operaties ondergingen, aangemoedigd patronen van gewenste bewegingen van armen, handen en vingers te proberen of te visualiseren. Resulterende neurale signalen van de motorische cortex werden elektronisch geëxtraheerd door de ingesloten opnameapparaten, doorgestuurd naar een computer en vertaald door Shenoy's algoritmen in opdrachten die een cursor op een schermtoetsenbord naar door de deelnemer opgegeven tekens leiden.

De snelle bruine vos…

De onderzoekers bepaalden de snelheid waarmee de patiënten frases en zinnen correct konden kopiëren - bijvoorbeeld: "De vlugge bruine vos sprong over de luie hond." Gemiddelde cijfers waren 7.8-woorden per minuut voor Degray- en 6.3- en 2.7-woorden per minuut, respectievelijk voor de andere twee deelnemers.

Het in de studie gebruikte onderzoekssysteem, een intracorticale interface tussen de hersenen en de computer, het BrainGate Neural Interface System, vertegenwoordigt de nieuwste generatie BCI's. Eerdere generaties namen eerst signalen op via elektrische leidingen op de hoofdhuid en vervolgens operatief op het oppervlak van de hersenen onder de schedel.

Een intracorticale BCI gebruikt een kleine siliciumchip, net iets meer dan een zesde inch vierkant, waaruit 100-elektroden uitsteken die de hersenen doordringen tot ongeveer de dikte van een kwart en gebruik maken van de elektrische activiteit van individuele zenuwcellen in de motorische cortex.

Henderson vergeleek de resulterende verbeterde resolutie van neurale detectie, vergeleken met die van oudere generatie BCI's, met het uitdelen van applausmeters aan individuele leden van een studiopubliek in plaats van ze alleen op het plafond te plaatsen, "zodat je kunt zien hoe hard en hoe snel elke persoon in het publiek klapt. "

24 / 7 draadloos systeem

De dag zal komen - dichter bij vijf dan 10 vanaf nu, voorspelt Shenoy - wanneer een zelfkalibrerend, volledig geïmplanteerd draadloos systeem kan worden gebruikt zonder assistentie van de zorgverlener, heeft het geen cosmetische impact. en kan de klok rond worden gebruikt.

"Ik zie geen onoverkomelijke uitdagingen", zegt hij. "We kennen de stappen die we moeten nemen om daar te komen."

Degray, die actief blijft deelnemen aan het onderzoek, wist voor zijn ongeluk te typen maar was er geen expert in. Hij beschreef zijn nieuw geopenbaarde talent in de taal van een liefhebber van videogames.

"Dit is een van de coolste videogames waarmee ik ooit heb gespeeld", zegt hij. "En ik hoef er zelfs geen kwartje in te leggen."

Stanford-onderzoeksassistent Christine Blabe is ook een co-auteur van een studie, evenals BrainGate-onderzoekers van het Massachusetts General Hospital en Case Western University.

De financiering kwam van de National Institutes of Health, het Stanford Office of Postdoctoral Affairs, de Craig H. Neilsen Foundation, het Stanford Medical Scientist Training Program, Stanford BioX-NeuroVentures, het Stanford Institute for Neuro-Innovation and Translational Neuroscience, het Stanford Neuroscience Institute , Larry en Pamela Garlick, Samuel en Betsy Reeves, het Howard Hughes Medical Institute, het Amerikaanse Department of Veterans Affairs, het MGH-Dean Institute for Integrated Research on Atrial Fibrillation and Stroke, en het Massachusetts General Hospital.

Stanford's Office of Technology Licensing bezit intellectueel eigendom op de intercorticale BCI-gerelateerde technische vooruitgang die in het laboratorium van Shenoy is gemaakt.

{youtube}9oka8hqsOzg{/youtube}

Bron: Bruce Goldman voor Stanford University

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon