Aap bestuurt virtuele arm met zijn hersenen
In de Amerikaanse Duke University hebben onderzoekers een technologie ontwikkeld die apen een virtuele hand laat besturen met hun hersenactiviteit.
De onderzoekers brachten elektroden aan in de hersenregio’s die planning, controle en vrijwillige beweging voor hun rekening nemen, de motorische cortex. Maar ook in het gebied dat zintuiglijke signalen verwerkt.
Zo konden ze twee apen trainen hun elektrische hersenactiviteit te gebruiken om een virtuele hand te besturen. De primaten moesten de hand leiden naar een van drie visueel identieke objecten, die alleen van elkaar verschilden in hun structuur.
Bidirectionele interface
“Dit is een eerste demonstratie van een brein-machine-brein-interface (BMBI) die een directe, bidirectionele verbinding tussen het brein en een lichaam tot stand brengt”, zegt hoofdonderzoeker en professor neurobiologie Miguel Nicolelis.
“In deze BMBI wordt het virtuele lichaam volledig bestuurd door de hersenactiviteit van het dier. Tegelijk krijgen de hersenen informatie terug over de tastzin van de virtuele hand, door microstimulatie van een ander deel van de cortex.”
Objecten onderscheiden
Volgens de onderzoekers zorgde de elektrische activiteit van vijftig tot honderd neuronen in de motorische cortex van de apen voor het besturen van de virtuele arm. Tegelijk ontvingen duizenden neuronen in de tastsector tegelijk informatie over de handpalm van de virtuele hand. Dankzij die zintuiglijke informatie konden de primaten het onderscheid maken tussen objecten met een verschillende structuur.
Die textuur werd voorgesteld als een netwerk van verschrikkelijk kleine elektrische signalen die naar de hersenen werden gestuurd. Elk object kreeg zo’n netwerk toegewezen, waardoor ieder een eigen structuur kreeg.
De ene aap had negen pogingen nodig om ieder object correct aan te duiden, de andere maar vier. De onderzoekers voerden verschillende tests uit om er zeker van te zijn dat de dieren het object echt aanvoelden in plaats van het willekeurig te selecteren.
Exoskelet
Volgens Nicolelis kan dit succes met niet-menselijke primaten betekenen dat mensen dezelfde taak veel sneller en makkelijker kunnen uitvoeren. Dat zou op zijn beurt betekenen dat er in de toekomst een soort exoskelet kan bestaan waarmee verlamde mensen weer zouden kunnen wandelen.
Dat exoskelet wordt, net zoals in de tests, volledig bestuurd door de hersenactiviteit van de patiënt. Hierdoor kunnen ze autonoom en vrij bewegen. Ook hier krijgt de patiënt zintuiglijke informatie terug, zodat het brein de ondergrond kan identificeren.
En de onderzoekers zijn ambitieus: ze willen een eerste publieke demonstratie geven tijdens de openingswedstrijd van het WK voetbal in 2014 in Brazilië. Bekijk hieronder de videobeelden:
In de Amerikaanse Duke University hebben onderzoekers een technologie ontwikkeld die apen een virtuele hand laat besturen met hun hersenactiviteit.
De onderzoekers brachten elektroden aan in de hersenregio’s die planning, controle en vrijwillige beweging voor hun rekening nemen, de motorische cortex. Maar ook in het gebied dat zintuiglijke signalen verwerkt.
Zo konden ze twee apen trainen hun elektrische hersenactiviteit te gebruiken om een virtuele hand te besturen. De primaten moesten de hand leiden naar een van drie visueel identieke objecten, die alleen van elkaar verschilden in hun structuur.
Bidirectionele interface
“Dit is een eerste demonstratie van een brein-machine-brein-interface (BMBI) die een directe, bidirectionele verbinding tussen het brein en een lichaam tot stand brengt”, zegt hoofdonderzoeker en professor neurobiologie Miguel Nicolelis.
“In deze BMBI wordt het virtuele lichaam volledig bestuurd door de hersenactiviteit van het dier. Tegelijk krijgen de hersenen informatie terug over de tastzin van de virtuele hand, door microstimulatie van een ander deel van de cortex.”
Objecten onderscheiden
Volgens de onderzoekers zorgde de elektrische activiteit van vijftig tot honderd neuronen in de motorische cortex van de apen voor het besturen van de virtuele arm. Tegelijk ontvingen duizenden neuronen in de tastsector tegelijk informatie over de handpalm van de virtuele hand. Dankzij die zintuiglijke informatie konden de primaten het onderscheid maken tussen objecten met een verschillende structuur.
Die textuur werd voorgesteld als een netwerk van verschrikkelijk kleine elektrische signalen die naar de hersenen werden gestuurd. Elk object kreeg zo’n netwerk toegewezen, waardoor ieder een eigen structuur kreeg.
De ene aap had negen pogingen nodig om ieder object correct aan te duiden, de andere maar vier. De onderzoekers voerden verschillende tests uit om er zeker van te zijn dat de dieren het object echt aanvoelden in plaats van het willekeurig te selecteren.
Exoskelet
Volgens Nicolelis kan dit succes met niet-menselijke primaten betekenen dat mensen dezelfde taak veel sneller en makkelijker kunnen uitvoeren. Dat zou op zijn beurt betekenen dat er in de toekomst een soort exoskelet kan bestaan waarmee verlamde mensen weer zouden kunnen wandelen.
Dat exoskelet wordt, net zoals in de tests, volledig bestuurd door de hersenactiviteit van de patiënt. Hierdoor kunnen ze autonoom en vrij bewegen. Ook hier krijgt de patiënt zintuiglijke informatie terug, zodat het brein de ondergrond kan identificeren.
En de onderzoekers zijn ambitieus: ze willen een eerste publieke demonstratie geven tijdens de openingswedstrijd van het WK voetbal in 2014 in Brazilië. Bekijk hieronder de videobeelden:
