Een vrijwel volledig verlamde man, die niet meer kan praten door de ziekte ALS, kan complete zinnen typen en laten uitspreken via een brein-computerverbinding. De computer spreekt dan met de eigen stem van de 45-jarige man, die is opgenomen voordat hij zijn spraak verloor. Het systeem haalt 32 woorden per minuut en maakt veel minder fouten dan eerdere systemen.
Tranen van vreugde sprongen de Amerikaan in de ogen toen hij voor het eerst de woorden die hij probeerde te zeggen correct op het scherm zag verschijnen. Amerikaanse wetenschappers beschrijven hun nieuwe ‘neuroprothese’ in het medisch-wetenschappelijke tijdschrift New England Journal of Medicine van 15 augustus.
ALS (amyotrofische laterale sclerose) is een ongeneeslijke, dodelijke ziekte van zenuwcellen die de spieren aansturen. Een voor een vallen spieren uit: die van armen en benen, maar ook die voor spreken, slikken en ademen. Communiceren wordt daardoor steeds moeilijker. Soms kan dat alleen nog door met de ogen te knipperen – of zelfs dat niet meer.
Om een lijntje met de buitenwereld open te houden voor patiënten werken wetenschappers al twintig jaar aan zogeheten brein-computerinterfaces (BCI’s). Hersenelektroden vangen de elektrische signalen van zenuwcellen op en een decoder vertaalt die naar computercommando’s. De eerste systemen richtten zich op het aansturen van een computercursor, met signalen uit hersengebieden voor handbewegingen. Maar woorden spellen is daarmee omslachtig.
Lees ook
Een mens denkt aan letters schrijven – en de computer typt ze
In nieuwere studies werken wetenschappers daarom met signalen uit hersengebieden voor spraak: de spieren die de lippen, kaak, tong en keel aansturen. In 2022 kon een patiënt op deze manier woorden spellen via het NAVO-spellingsalfabet. Dat ging met zeven woorden per minuut.
Elektrodes zo dun als een haar
De laatste jaren gaat de ontwikkeling van breingestuurde computers hard. Elke nieuwe patiënt krijgt verfijnder implantaten. De man in de nieuwste studie kreeg vier kleine chips met elk 64 haardunne micro-elektrodes erop in de spraakgebieden van zijn brein. Die werden verbonden aan twee koppelstukken op zijn schedel, waaraan de kabel naar de computer vastgemaakt kan worden.
Al op de eerste dag van gebruik, 25 dagen na de operatie, werkte het systeem accuraat. De man sprak honderden voorgeschreven zinnen in gedachten uit en daarmee leerde het systeem welke combinaties van hersensignalen hoorden bij welke klanken of woorden. Het systeem putte uit een woordenschat van 125.000 woorden.
De neuroprothese detecteert wanneer de patiënt wil spreken en schrijft de woorden direct op het scherm. Met een eyetracker kan hij een punt zetten door naar het woord ‘DONE’ (klaar) te kijken, en ook aangeven of de zin correct is. Correct gedecodeerde zinnen worden gebruikt om het systeem te verbeteren.
In de loop van acht maanden trainde en gebruikte de man het systeem 84 keer, steeds vaker ook om gewoon gesprekken te voeren.
Op een video bij het artikel spreekt hij de eerste zinnen tegen zijn dochter uit. „Hoe was je dag lieve dochter van me? Ik heb hier zo lang op gewacht.” Ook praat hij met iemand buiten beeld over films waar hij van houdt en die hij wil zien.
In een andere sessie, ook op video, schrijft de man: „Een van de dingen waaronder mensen met mijn ziekte lijden is eenzaamheid en depressie omdat ze voelen dat ze er niet meer toe doen en iets als deze technologie zal helpen om deze mensen terug in het leven en in de maatschappij te brengen. Het kan echt niet genoeg benadrukt worden hoe belangrijk dat is.”
Getrainde mensen in de buurt
Voor breed gebruik is het systeem nog niet geschikt. Het werkt alleen als er getrainde mensen in de buurt zijn die de computer kunnen koppelen aan de elektroden. De auteurs benadrukken ook dat het systeem mogelijk zo goed werkt doordat deze man nog wat keelspieren kan bewegen.
„Dit is een grote stap in het BCI-veld”, vindt hersenonderzoeker Mariska van Steensel van het UMC Utrecht Hersencentrum. „Ze laten zien dat ze met heel weinig gegevens van de hersenactiviteit algoritmes kunnen maken met de hoogste accuraatheid tot nu toe. Maar de vraag is of dat ook werkt bij mensen bij wie de ziekte verder is gevorderd, thuis in hun dagelijks leven. Ons onderzoek richt zich daarop.”
Van Steensel en haar Utrechtse collega’s gaven in 2016 als eerste ter wereld een Nederlandse ALS-patiënte een draadloze brein-computerinterface voor thuisgebruik.
Lees ook
Zij denkt een beweging. En doet zo een muisklik.
„De ontwikkelingen gaan hard dankzij enorme investeringen in academisch onderzoek en in bedrijven die de implantaten maken”, zegt Van Steensel. „Dat zou mede kunnen komen door de media-aandacht voor Neuralink van Elon Musk.”
Lees ook
‘We weten he-le-maal niets’ van Neuralink, het hersenimplantaat van Elon Musk
Het systeem in het nieuwste artikel, en ook Neuralink, maken gebruik van micro-elektroden die een paar millimeter diep in het brein worden geprikt. „Bij die kleine naaldjes wordt op termijn het signaal slechter. Bovendien is het niet mogelijk om daarmee een klein, volledig implanteerbaar en draadloos systeem te maken. Voor langdurige toepassing bij patiënten thuis zijn elektroden die óp de hersenen liggen beter”, zegt Van Steensel.
Het Utrechtse systeem heeft de patiënte zeven jaar in haar dagelijks leven kunnen gebruiken. Nu is het niet meer bruikbaar, beschrijven Van Steensel en haar collega’s in een artikel in hetzelfde nummer van NEJM. „De elektroden werken nog, maar de hersenen produceren het signaal niet meer”, aldus Van Steensel.
In Utrecht richten onderzoekers zich op het ontwikkelen van geavanceerdere BCI’s voor dagelijks gebruik.
