hersenen

Eind vorig jaar berichtten we al over de revolutionaire toepassing van het UMC Utrecht die het mogelijk maakte voor locked-in patiënten om te communiceren. Deze toepassingen zijn nu in een andere richting ontwikkeld. Een Zwitserse onderzoeksgroep is erin geslaagd mensen die ook hun ogen niet meer kunnen bewegen te laten communiceren via eenvoudige ‘ja’ en ‘nee’ antwoorden.

Communiceren met het brein

Het onderzoeksteam in Utrecht, onder leiding van Nick Ramsey, ontwikkelde een ingenieuze brain computer interface (BCI) waarbij elektroden op de hersenen elektrische signalen konden oppikken en via een kastje konden omzetten in opdrachten aan een computer. Op deze manier is het voor locked-in patiënten mogelijk letters te selecteren en te communiceren.

De toepassing van Ramsey is specifiek ontworpen om patiënten minder afhankelijk te maken van een onhandige muts met elektroden. Zo’n badmuts is weliswaar niet-invasief, maar is minder nauwkeurig in het oppikken van signalen en bovendien niet buiten het ziekenhuis te gebruiken. De groep koos daarom voor een invasieve techniek: opereren dus. Dit systeem is wel buitenshuis mee te nemen en is niet zichtbaar voor anderen.

Volledig verlamd

Het nieuwe onderzoek, dat vandaag verschijnt in PLOS, gebruikt wel de badmutsmethode. De Zwitsers kozen voor de techniek fNIRS (functional near-infrared spectroscopy). fNIRS kan met behulp van bijna-infrarood licht veranderingen in het zuurstofniveau in het bloed in het voorste deel van de hersenen meten. Het is draagbaar, in tegenstelling tot veel andere non-invasieve BCI’s. De patiënten in het onderzoek leden allemaal aan een compleet locked-in syndroom veroorzaakt door de ziekte ALS. Bij een compleet locked-in syndroom kunnen patiënten ook hun oogspieren niet meer bewegen. Dat betekent dat zij niet meer kunnen communiceren, hoewel ze nog wel gedachten hebben en zich bewust zijn van hun omgeving.

Mensen die niet volledig locked-in zijn, kunnen vaak gebruik maken van BCI’s op basis van eye trackers. Met oogbewegingen kunnen ze dan opdrachten doorgeven aan de computer die ze gebruiken om te communiceren. Zowel de BCI van Ramsey als die van de Zwitsers richt zich op mensen die compleet locked-in zijn. Oogbewegingen zijn niet nodig: het maken van een breinklik is voldoende. Nadeel is dat het opwekken van die elektrische signalen veel training kost en niet per se gerelateerd is aan de taak die iemand wil uitvoeren. De patiënt waar Ramsey’s groep mee werkte moest bijvoorbeeld denken aan het bewegen van haar vingers om het gewenste resultaat te krijgen.

Gedachtenlezen

De BCI van de Zwitsers komt dichter in de buurt bij daadwerkelijk gedachtenlezen. Wel zijn de patiënten beperkter in hun reactie. Ze kunnen alleen ja of nee antwoorden en niet zelf zinnen vormen. De onderzoekers gebruikten fNIRS om te bepalen of het denken aan ‘ja’ of ‘nee’ een verschil opleverde in de hersenen. Dit bleek zo te zijn: denken aan ‘ja’ zorgde voor een toename van het zuurstofniveau, denken aan ‘nee’ voor een afname.

Dit gegeven gebruikten ze vervolgens om vier patiënten eenvoudige gesloten vragen te stellen. Ze begonnen met vragen die een duidelijk goed of fout antwoord hadden, zoals ‘Is Parijs de hoofdstad van Duitsland?’. Vervolgens stelden ze de proefpersonen meer persoonlijke vragen, zoals ‘Is Joachim de naam van uw echtgenoot?’.

Negen keer 'nee'

De patiënten moesten bij het beantwoorden van deze vragen antwoord geven door te denken aan ‘ja’ of ‘nee’. In zeventig procent van de gevallen konden ze het goede antwoord geven. Hierdoor besloten de onderzoekers vragen te stellen waarvan het antwoord niet tevoren vaststond. Op de vraag ‘Bent u gelukkig?’ antwoordden alle patiënten herhaaldelijk positief.

‘In eerste instantie waren we hier verrast over,’ aldus hoofdonderzoeker professor Birbaumer. ‘We zien dat de patiënten hun kwaliteit van leven acceptabel vinden zolang er goed voor ze wordt gezorgd. Als we het voor elkaar krijgen deze mensen weer te laten communiceren, heeft dat een enorme impact op hun leven.’ Ook de families van de patiënten mochten vragen stellen. Eén familie wilde weten of de patiënt er akkoord mee zou gaan als zijn dochter zou trouwen met haar vriendje. Het is hem tien keer gevraagd: negen keer antwoordde hij ‘nee’.

Chaudhary et al, 'Brain-computer Interface-Based Communication in the completely Locked-In State', PLOS Biology (2017). 

Ontdek meer in de special