Hersen-machine-interface kan verlamde hand bewegen
Nieuwe technologie van de Northwestern-universiteit negeert de ruggengraat en stuurt berichten meteen van de hersenen naar de spieren.
Nadat ze apenhersenen hadden ‘afgeluisterd’ naar signalen die de handen en armen van de proefpersonen lieten bewegen, beweren onderzoekers aan de Northwestern-universiteit dat ze erin geslaagd zijn nieuwe technologie te ontwikkelen die verlamde patiënten ooit weer zal toelaten hun ledematen te bewegen, ondanks letsel aan hun ruggengraat.
Neuro-onderzoek
Om het neuro-elektrisch verkeer te analyseren implanteerden de onderzoekers kleine multi-elektroden die de activiteit van ongeveer honderd neuronen in de hersenen registreerden. Ze letten bijvoorbeeld op de bewegingen die nodig waren om een bal vast te nemen, op te pikken en te laten vallen. De onderzoekers konden nadien de signalen ontcijferen die handbewegingen genereren.
“We kunnen een opmerkelijke hoeveelheid informatie extraheren uit amper honderd neuronen, ook al zijn er een miljoen neuronen mee gemoeid tijdens het uitvoeren van een beweging”, zegt hoofdonderzoeker en neutowetenschapprofessor Lee Miller in een nieuwsbericht. “Het gaat om outputneuronen die normaal signalen naar de spieren sturen. Achter deze neuronen vind je andere neuronen die de berekeningen maken die de hersenen nodig hebben om bewegingen uit te voeren. We wachten op het eindresultaat van die berekeningen.”
De onderzoekers dienden de proefcreaturen een lokale verdoving toe die zenuwcommunicatie aan de elleboog afsloot, en simuleerden op die manier een tijdelijke verlamming. Met behulp van de neuroprothese in de hersenen en de arm van de aapjes konden de hersenen hun elektrische signalen toch naar de armen en de handen sturen, zonder gebruik te maken van de ruggengraat.
In minder dan 40 milliseconden zorgde de omweg ervoor dat de apen hun handen konden bewegen de dat ze de bal net zo goed als voor de ‘verlamming’ konden oppakken.
Voortbouwen
Dit is echter niet de eerste keer dat dit soort technologie werd getest. In 2008 ontwikkelden onderzoekers aan de uiversiteit van Washington een algoritme op basis van de activiteit van een dozijn neuronen. Apen slaagden erin verlamde spieren te gebruiken met behulp van een kunstmatige omweg die de blessure uit de weg ging.
Miller vertelt New Scientist dat het experiment van de Northwestern-universiteit bovenstaande bevindingen nog uitbreidt door een algoritme samen te stellen dat gebaseerd is op honderd neuronen in plaats van twaalf.
Het verder bestuderen van meer en meer neuronen zal onderzoekers helpen bij het verfijnen van hersen-machine-interfaces. Zij zullen in de toekomst mensen met een verlammend rugletsel misschien hun bewegingsvrijheid teruggeven.
Nieuwe technologie van de Northwestern-universiteit negeert de ruggengraat en stuurt berichten meteen van de hersenen naar de spieren.
Nadat ze apenhersenen hadden ‘afgeluisterd’ naar signalen die de handen en armen van de proefpersonen lieten bewegen, beweren onderzoekers aan de Northwestern-universiteit dat ze erin geslaagd zijn nieuwe technologie te ontwikkelen die verlamde patiënten ooit weer zal toelaten hun ledematen te bewegen, ondanks letsel aan hun ruggengraat.
Neuro-onderzoek
Om het neuro-elektrisch verkeer te analyseren implanteerden de onderzoekers kleine multi-elektroden die de activiteit van ongeveer honderd neuronen in de hersenen registreerden. Ze letten bijvoorbeeld op de bewegingen die nodig waren om een bal vast te nemen, op te pikken en te laten vallen. De onderzoekers konden nadien de signalen ontcijferen die handbewegingen genereren.
“We kunnen een opmerkelijke hoeveelheid informatie extraheren uit amper honderd neuronen, ook al zijn er een miljoen neuronen mee gemoeid tijdens het uitvoeren van een beweging”, zegt hoofdonderzoeker en neutowetenschapprofessor Lee Miller in een nieuwsbericht. “Het gaat om outputneuronen die normaal signalen naar de spieren sturen. Achter deze neuronen vind je andere neuronen die de berekeningen maken die de hersenen nodig hebben om bewegingen uit te voeren. We wachten op het eindresultaat van die berekeningen.”
De onderzoekers dienden de proefcreaturen een lokale verdoving toe die zenuwcommunicatie aan de elleboog afsloot, en simuleerden op die manier een tijdelijke verlamming. Met behulp van de neuroprothese in de hersenen en de arm van de aapjes konden de hersenen hun elektrische signalen toch naar de armen en de handen sturen, zonder gebruik te maken van de ruggengraat.
In minder dan 40 milliseconden zorgde de omweg ervoor dat de apen hun handen konden bewegen de dat ze de bal net zo goed als voor de ‘verlamming’ konden oppakken.
Voortbouwen
Dit is echter niet de eerste keer dat dit soort technologie werd getest. In 2008 ontwikkelden onderzoekers aan de uiversiteit van Washington een algoritme op basis van de activiteit van een dozijn neuronen. Apen slaagden erin verlamde spieren te gebruiken met behulp van een kunstmatige omweg die de blessure uit de weg ging.
Miller vertelt New Scientist dat het experiment van de Northwestern-universiteit bovenstaande bevindingen nog uitbreidt door een algoritme samen te stellen dat gebaseerd is op honderd neuronen in plaats van twaalf.
Het verder bestuderen van meer en meer neuronen zal onderzoekers helpen bij het verfijnen van hersen-machine-interfaces. Zij zullen in de toekomst mensen met een verlammend rugletsel misschien hun bewegingsvrijheid teruggeven.
