Experiment met hersenimplantaat dat signalen verstuurt met infraroodlicht krijgt vervolg bij UMC

Een nieuwe hersen-computerinterface (BCI) die werkt met behulp van infraroodlicht staat aan de vooravond van langdurige tests op mensen. De technologie van Ability Neurotech moet mensen met ernstige verlamming uiteindelijk helpen communiceren door hersenactiviteit rechtstreeks om te zetten in computercommando’s en gesproken taal.

Het implantaat gebruikt vier elektrode-arrays met in totaal 128 kanalen, waarbij ieder kanaal 30.000 keer per seconde een signaal ontvangt. Daardoor ontstaat een enorme datastroom. In plaats van die informatie in het implantaat eerst te comprimeren, te filteren of terug te brengen tot alleen geselecteerde kenmerken, wil Ability de volledige ruwe data direct versturen. De optische verbinding haalt daarbij snelheden tot 50 megabit per seconde.

Technische problemen

Uniek aan deze opzet is dat het gebruikte implantaat geen interne batterij heeft. Het wordt draadloos van energie voorzien via inductie, terwijl de data via de afzonderlijke optische verbinding naar een extern apparaat wordt gestuurd. Daardoor is er geen permanente kabel door de huid nodig. Dergelijke verbindingen vormen een potentiële route voor infecties.

De combinatie van de hoge bandbreedte en een ontwerp zonder batterij brengt wel weer nieuwe technische problemen met zich mee. Het versturen van zoveel data kost energie en kan warmte produceren. Bovendien moet de infraroodverbinding betrouwbaar door huidweefsel heen werken, ondanks verschillen in huiddikte, bloedvaten en haar. Ook moet de externe ontvanger goed genoeg uitgelijnd blijven met het implantaat. De onderzoekers hebben daarom veel aandacht besteed aan energieverbruik, temperatuurbeheersing en een hermetisch afgesloten implantaat dat de elektronica tegen lichaamsvocht beschermt.

Ability kiest daarnaast voor elektrocorticografie, waarbij de elektroden op het hersenoppervlak liggen in plaats van diep in het hersenweefsel te worden geplaatst. Dat levert minder directe informatie op dan sommige penetrerende elektroden, maar kan op lange termijn stabieler en minder belastend voor het hersenweefsel zijn. De technologie wordt nu voor het eerst bij mensen getest. In Duitsland heeft Ability inmiddels een eerste intraoperatieve studie uitgevoerd bij patiënten die een hersenoperatie ondergingen. Daarbij werd het systeem gedurende 20 tot 30 minuten gebruikt om hersensignalen te registreren. In volgende fases worden ook wakkere patiënten onderzocht tijdens spraak- en bewegingstaken.

Grote test

De grote test volgt later dit jaar in Nederland. Bij het UMC in Utrecht wordt een langdurige studie voorbereid waarin mensen met ernstige verlamming, onder wie patiënten met ALS, het implantaat gedurende ongeveer een jaar gebruiken. Het doel is uiteindelijk om hersenactiviteit te vertalen naar communicatie, zonder dat de gebruiker daarvoor spieren hoeft te bewegen. Deelnemers trainen daarbij ook thuis met het systeem.

De technologie is daarmee nog behoorlijk experimenteel. Het is nog niet aangetoond dat het systeem langdurig betrouwbaar spraak kan decoderen. Juist daarom zijn de komende menselijke studies belangrijk: ze moeten niet alleen laten zien of de implantatie veilig is, maar ook of de optische dataverbinding, de kwaliteit van de hersensignalen en de decoders maandenlang bruikbaar blijven.