Al tien jaar lang heeft de wetenschap bewezen dat hersen-computerinterfacetechnologie het tastgevoel van mensen met ruggenmergletsel kan herstellen. Maar nieuw onderzoek van de Universiteit van Pittsburgh suggereert dat deze winst kan aanhouden.
Onderzoek gepubliceerd deze week in Wetenschappelijk translationele geneeskunde toonde aan dat deelnemers met een dwarslaesie in staat waren een kunstmatig tastgevoel te behouden, waarbij één deelnemer de resultaten grotendeels tien jaar lang volhield.
“Als we ooit willen dat deze apparaten klinisch worden, dan moeten ze lang meegaan”, zegt Robert Gaunt, hoogleraar fysische geneeskunde en revalidatie aan de Universiteit van Pittsburgh. “Dit onderzoek plant een vlag in de grond voor de veiligheid en het nut van het gebruik van hersen-computerinterfaces om sensorische stimulatie te leveren in klinische omgevingen en uiteindelijk bij mensen thuis.”
Het onderzoek, uitgevoerd in samenwerking met de Universiteit van Chicago, is volgens Pitt het eerste onderzoek in zijn soort en het langstlopende onderzoek naar de veiligheid van intracorticale microstimulatie bij mensen tot nu toe.
Bij vijf vrijwilligers – drie in Pittsburgh en twee in Chicago – werden bedrade apparaten in hun hersenen geïmplanteerd die elektrische pulsen konden afgeven aan delen van de hersenen die verantwoordelijk zijn voor de controle van armen en handen, maar ook voor het gevoel.
“We kunnen deze apparaten gebruiken om iemand een robotarm te laten gebruiken om uit te reiken, voorwerpen te pakken en op te pakken”, zei Gaunt. “En als de robot dan een voorwerp aanraakt, kunnen mensen die sensaties voelen alsof ze uit hun eigen handen komen.”
De kunstmatige tastzin geeft niet volledig het gevoel weer van een hand die een kopje vasthoudt of een doek vasthoudt. Maar vrijwilligers rapporteerden sensaties als tintelingen, trillingen en zoemen, waardoor ze objecten beter konden manipuleren.
‘We zijn generaties verwijderd van het verschil tussen zijde en satijn, of eerlijk gezegd zelfs een blok hout en satijn,’ zei Gaunt. Toch zou het herstellen van zelfs een beperkte hoeveelheid aanraking ervoor kunnen zorgen dat mensen met een dwarslaesie meer onafhankelijkheid kunnen behouden.
Hoewel het potentieel van brein-computerinterfaces tot de verbeelding spreekt van zowel particuliere bedrijven als Neuralink als het grote publiek, bleven er vragen bestaan over de vraag of deze apparaten jarenlang stand zouden kunnen houden bij dagelijks gebruik.
“Het is nogal voor de hand liggend, maar weten of een apparaat tien jaar zal werken, duurt gewoon tien jaar”, zei Gaunt.
Bij de vijf vrijwilligers leverden Gaunt en zijn team 168 miljoen pulsen hersenstimulatie via het interface-apparaat gedurende een gecombineerde implantatieperiode van 27 jaar, zonder enige ernstige bijwerkingen. Het team ontdekte dat de sensaties die door de elektrische pulsen werden opgeroepen, op de hand bleven gericht en niet naar andere delen van het lichaam afdreven.
Volgens het onderzoek bleven de door de pulsen gestimuleerde sensaties zelden hangen nadat de stimulatie was uitgeschakeld. Gemiddeld trad er slechts één ‘aanhoudend gevoel’ op per ongeveer 23.000 stimulatiepogingen, en de meeste duurden minder dan 10 seconden. Geen enkele was pijnlijk en geen enkele vereiste medische tussenkomst.
De elektroden van het apparaat werden in de loop van de tijd minder gevoelig. Gemiddeld bleef ongeveer 64% functioneel. Bij de langstlopende vrijwilliger was de functionaliteit van de elektroden in tien jaar tijd voor 60% in zijn hersenen geïmplanteerd.
De apparaten hadden ook last van het verval van sommige materialen en de natuurlijke reactie van het lichaam op vreemde voorwerpen, vergelijkbaar met de afstoting van een orgaantransplantatie.
De implanteerbare apparaten werden ongeveer twintig jaar geleden vervaardigd door BlackRock Neurotech, zei Gaunt, eraan toevoegend dat de volgende generatie technologie nog betere resultaten zou kunnen opleveren.
“Een stukje technologie van twintig jaar oud kan deze mijlpalen bereiken in termen van levensduur,” zei hij. “Dus het is een beetje hoopvol voor de nieuwere, betere technologieën die om de hoek staan.”
Het onderzoek levert nieuwe benchmarks op die volgens Gaunt de volgende generatie hersen-computerinterface-apparaten een vliegende start kunnen geven.
En de resultaten kunnen ook implicaties hebben die verder gaan dan alleen de tastzin. Onderzoekers die soortgelijke stimulatiemethoden onderzoeken om het gezichtsvermogen en het gehoor te herstellen, hebben dezelfde veiligheidsproblemen. Het vergroten van het vertrouwen in de veiligheid van hersenstimulatie zou de ontwikkeling van neurale implantaten voor andere zintuiglijke handicaps kunnen versnellen.
Gaunt zei dat het aantonen van de veiligheid van deze apparaten een keerpunt zou kunnen zijn voor corticale zichtprotheses, die gedeeltelijk zicht herstellen door beschadigde oogcellen te omzeilen en de visuele cortex van de hersenen te stimuleren.
Toch omvatte het onderzoek slechts vijf deelnemers. Er zijn grotere klinische onderzoeken nodig. En de klinische effectiviteit is door de studie niet breed aangetoond.
“We zijn waarschijnlijk een paar jaar verwijderd van de eerste generatie commerciële (brain-computer interfaces)”, die de bredere markt bereikt, zei Gaunt. ‘Maar ik denk dat dit eraan komt… we zijn nu dichterbij dan ooit tevoren.’
