Brain-computer interface-technologie verlaat het lab en komt in ons leven terecht

Door onze hersenen met computers te verbinden, krijgen we visioenen van ofwel aansluiten op de Matrix, of door de bossen van Pandora rennen in Avatar. Er wordt gespeculeerd over het koppelen van geest aan machine sinds we de fijne kneepjes van het zenuwstelsel begonnen te begrijpen - en hoe we het kunnen integreren met computertechnologie. We kunnen dit zien in vroege sciencefiction-tropen, aangezien onstoffelijke hersenen talloze machines besturen om de kwaadaardige biedingen van een entiteit uit te voeren.  

Brain-Computer Interfaces (BCI's) bestaan ​​al geruime tijd. Jacques Vidal, emeritus hoogleraar aan de UCLA, die deze systemen in de jaren '1970 bestudeerde, bedacht de term BCI. Het uitgangspunt is dat het menselijk brein een CPU is die sensorische informatie verwerkt en elektrische signalen als commando's uitzendt. Het was een kleine sprong in de logica om te veronderstellen dat computers vervolgens kunnen worden geprogrammeerd om deze signalen te interpreteren en hun eigen signalen in dezelfde taal uit te zenden. Door deze gedeelde taal tot stand te brengen, kunnen hersenen en machine in theorie met elkaar praten. 

Bewegen … met gevoel 

Veel toepassingen van BCI's liggen op het gebied van neurale revalidatie. Wetenschappers weten al lang dat specifieke functies gelokaliseerd zijn in bepaalde gebieden in de hersenen, en met deze kennis van de 'hersenkaart' kunnen we deze gebieden stimuleren om hun respectieve functies uit te voeren. Door bijvoorbeeld elektroden in de motorische cortex te implanteren, kunnen mensen met ontbrekende ledematen worden geleerd om prothesen te bewegen of te manipuleren door te 'denken' aan het bewegen van hun arm. Evenzo kunnen elektroden langs een beschadigd ruggenmerg worden geplaatst om signalen te sturen om verlamde ledematen te bewegen. Deze technologie wordt ook gebruikt voor visuele prothesen, om het gezichtsvermogen van bepaalde personen te vervangen of te herstellen. 

Voor neuroprothesen is het doel niet alleen de verloren motorfunctie na te bootsen. Als we bijvoorbeeld een ei oppakken, vertellen onze hersenen ons hoe stevig onze greep moet zijn, zodat we het niet verpletteren. Sharlene Flesher maakt deel uit van een team van de Universiteit van Pittsburgh dat deze functie integreert in hun protheseontwerpen. Door zich ook te richten op het gebied van de hersenen dat tactiele stimulatie "voelt" of waarneemt (de somatosensorische cortex), hoopt het team van Flesher een schijn van een feedbackmechanisme na te bootsen dat ons in staat stelt om aanraking en druk te moduleren - wat essentieel is bij het uitvoeren van de fijnere motorische bewegingen van de hand. 

Fiesher zegt: "Om de functie van een bovenste ledemaat volledig te herstellen, moeten we onze handen gebruiken voor interactie met de omgeving en kunnen voelen wat die handen aanraken", en om "objecten echt te manipuleren, moet je weet welke vingers contact maken, hoeveel kracht elke vinger uitoefent, en gebruik die informatie vervolgens om de volgende beweging te maken. 

De werkelijke spanningen waarmee de hersenen impulsen verzenden en ontvangen, zijn erg laag - ongeveer 100 millivolt (mV). Het verkrijgen en versterken van deze signalen is een enorm knelpunt geweest in BCI-onderzoek. De traditionele route van het rechtstreeks implanteren van elektroden in de hersenen of het ruggenmerg brengt de onvermijdelijke risico's van chirurgische ingrepen met zich mee, zoals bloedingen of infecties. Aan de andere kant maken niet-invasieve "neurale manden" zoals die worden gebruikt in elektro-encefalogrammen (EEG's) signaalontvangst en -overdracht moeilijk vanwege "ruis". De benige schedel kan de signalen verspreiden en de buitenomgeving kan de opname verstoren. Bovendien vereist het aansluiten op een computer ingewikkelde bedrading die de mobiliteit beperkt, dus de meeste BCI-opstellingen bevinden zich momenteel binnen de grenzen van een laboratoriumomgeving. 

Flesher geeft toe dat deze beperkingen ook klinische toepassingen hebben beperkt tot een bepaalde populatie met toegang tot deze ontwikkelingen. Ze is van mening dat het betrekken van meer onderzoekers uit verschillende vakgebieden de ontwikkeling zou kunnen stimuleren en misschien innovatieve oplossingen voor deze obstakels zou kunnen bieden. 

"Het werk dat we doen, zou anderen enthousiast moeten maken om deze technologie te verkennen...experts op verschillende gebieden die hetzelfde doel nastreven, is een veel snellere manier om de beste oplossingen aan patiënten te bieden." 

In feite onderzoeken onderzoekers en ontwerpers BCI dieper, niet alleen om deze beperkingen te overwinnen, maar ook om nieuwe toepassingen te ontwikkelen die meer publieke belangstelling hebben gewekt. 

Het lab uit en de game in 

Vanaf het begin als een studentenstartup aan de Universiteit van Michigan, is het in Boston gevestigde Neurable nu een van de meest zichtbare spelers in het groeiende BCI-veld geworden door een andere benadering van BCI-technologie te verkennen. In plaats van hun eigen hardware te bouwen, heeft Neurable propriëtaire software ontwikkeld die algoritmen gebruikt om signalen van de hersenen te analyseren en te verwerken.  

"Bij Neurable hebben we opnieuw begrepen hoe hersengolven werken", legt CEO en oprichter Dr. Ramses Alcaide uit. "We kunnen die signalen nu verkrijgen van standaard EEG-opstellingen en dit combineren met onze leeralgoritmen om de ruis te doorbreken om de juiste signalen te vinden, met hoge snelheid en nauwkeurigheid." 

Een ander inherent voordeel is volgens Alcaide dat hun software development kit (SDK) platformonafhankelijk is, wat betekent dat het kan worden toegepast op elke compatibele software of apparaat. Deze scheiding van de 'research lab'-vorm is een bewuste zakelijke beslissing van het bedrijf om de mogelijkheden te openen van waar en hoe BCI-technologie kan worden toegepast. 

"Historisch werden BCI's in het laboratorium bewaard en wat we doen is een product creëren waar iedereen van kan profiteren, aangezien onze SDK's in elke hoedanigheid kunnen worden gebruikt, medisch of niet." 

Deze potentiële ontkoppeling maakt BCI-technologie aantrekkelijk in tal van toepassingen. In gevaarlijke beroepen zoals wetshandhaving of brandbestrijding kan het simuleren van realistische scenario's zonder het vereiste gevaar van onschatbare waarde zijn voor het trainingsproces. 

Ook de potentiële commerciële toepassing op het gebied van gaming zorgt voor veel opwinding. Liefhebbers van games dromen er al van om volledig ondergedompeld te worden in een virtuele wereld waar de zintuiglijke omgeving de realiteit zo dicht mogelijk benadert. Zonder een handheld-controller kunnen gamers 'denken' aan het uitvoeren van opdrachten in een virtuele omgeving. De race om de meest meeslepende game-ervaring te creëren heeft veel bedrijven ertoe aangezet om de commerciële mogelijkheden van BCI te onderzoeken. Neurable ziet de toekomst in commerciële BCI-technologie en besteedt middelen aan dit ontwikkelingspad. 

"We willen onze technologie ingebed zien in zoveel mogelijk software- en hardwaretoepassingen", zegt Alcaide. "Mensen in staat stellen om met de wereld om te gaan door alleen hun hersenactiviteit te gebruiken, dat is de ware betekenis van ons motto: een wereld zonder beperkingen."