Buisvormig breiwerk in hersenen zet gedachten om in beweging

Met je gedachten robotische ledematen aansturen, zonder chirurgische ingreep, dat is het doel. Volgend jaar gaat de eerste klinische trial met verlamde patiënten van start.

De stentrode wordt via de halsader naar de motor cortex geleid. Beeld: Universiteit van Melbourne

Verscheidene onderzoeksgroepen houden zich bezig met de ontwikkeling van brein-machine-interfaces. Deze moeten het mogelijk maken voor verlamde mensen om bionische hulpledematen in de vorm van een exoskelet aan te sturen door alleen maar aan bewegen te denken. De apparaten lezen elektrische hersensignalen af en vertalen die naar beweging van de robotische ledematen.

Tot nu toe werden de hersensignalen afgelezen door elektroden op de schedel of elektroden geïmplanteerd in het brein. Voor elektroden op de schedel is geen operatie nodig, maar de schedel dempt de signalen. Bij directe implantatie kunnen de signalen nauwkeurig afgelezen worden, maar het brein ziet de elektroden als indringers en ontwikkelt littekenweefsel erom heen. Dit hindert de werking van de elektroden.

Stentrode

Een onderzoeksteam onder leiding van Thomas Oxley, verbonden aan de universiteit van Melbourne, heeft een manier ontwikkeld om de elektroden te implanteren zonder de schedel open te maken. De elektroden zitten aan een buisvormig breiwerk van metalen draadjes dat via de halsader in de bloedvaten van het brein wordt geleid. Vanuit het bloedvat kunnen de elektroden hersensignalen opvangen. De techniek heeft de neuroloog afgekeken van zijn collega’s bij cardiologie, waar ze soortgelijke stents in een bloedvat brengen om het open te houden.

De met elektroden verrijkte stent, ofwel ‘stentrode’, is vorig jaar getest in schapen. De onderzoekers publiceerden de veelbelovende resultaten in het vakblad Nature Biotechnology. Er waren geen bijwerkingen als gevolg van de stentrode in het bloedvat. Omdat het buisje niet direct het hersenweefsel raakt, treden er geen ontstekingen op en maakt het brein geen littekenweefsel aan. ‘De hersenen weten niet eens dat de stent er zit,’ zegt David Grayden, die het ontwerpen en ontwikkelen van de stentrode leidde.

De stentrode, zo groot als een lucifer, vangt de elektrische hersensignalen goed op. ‘De opnames zijn weliswaar niet zo nauwkeurig als bij geïmplanteerde elektroden, maar het komt aardig in de buurt’, zegt Grayden.

Klinische trial

Gedachten moeten exoskelet aansturen via stentrode in een bloedvat. Beeld: Rex Bionics

Het team bereid nu een klinische trial voor in het Royal Melbourne ziekenhuis. Volgend jaar zullen vijf patiënten deelnemen aan het onderzoek. Door een dwarslaesie, beroerte, ALS of spierdystrofie kunnen deze patiënten hun armen of benen niet bewegen.

De stentrode zal in een bloedvat worden gebracht dat langs de motorische schors loopt. De motorische schors bestuurt de bewegingen van het lichaam. Dunne draadjes lopen vanaf de elektrodes door het vatenstelsel naar een apparaatje dat in de borst wordt ingebracht. Het apparaatje ontvangt de elektrische hersensignalen en zendt de informatie draadloos naar een externe computer.

Leestip: Machines die denken John Brockman Bestel in onze webshop.

Door actief aan een bepaalde beweging te denken, leert de computer het patroon van hersensignalen kennen dat bij die beweging hoort. Zo herkent de computer uiteindelijk welke exacte patronen horen bij welke gedachte en beweging.

‘Het doel is dat de patiënt kan denken aan een beweging en dat bionische hulpmiddelen gehoorzamen’, zegt Grayden.

Neurowetenschapper Nick Ramsey van Universitair Medisch Centrum Utrecht is enthousiast, maar gereserveerd. Het is namelijk nog maar de vraag of de stentrode hersensignalen in mensen kan oppikken. ‘Het onderzoek naar de stentrode is zeker de moeite waard, maar er zijn technieken die al verder ontwikkeld zijn’.

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Plaats een reactie