Recente ontwikkelingen op het gebied van de brain-computer interface (BCI)-technologie hebben twee personen met een vrijwel totale verlamming in staat gesteld te typen met snelheden die vergelijkbaar zijn met sms’en op een smartphone: tot 22 woorden per minuut. Deze doorbraak, gepubliceerd in Nature Neuroscience, markeert een belangrijke stap in de richting van het herstel van praktische communicatie voor mensen die niet in staat zijn hun handen of spraak te gebruiken.
De evolutie van hersen-computerinterfaces
Het concept van het decoderen van hersensignalen om externe apparaten te besturen dateert uit de jaren zestig en werd aanvankelijk gedemonstreerd bij apen met implantaten met enkele elektrode. In de loop van tientallen jaren heeft de BCI-technologie vooruitgang geboekt:
– In 2006 demonstreerde BrainGate cursorbesturing en bediening van prothetische ledematen.
– Later verfijnde BrainGate het systeem voor virtueel toetsenbordtypen, hoewel de snelheden laag bleven.
– Andere onderzoeksgroepen onderzochten directe decodering van spraakgerelateerde hersengebieden.
Het belangrijkste probleem met eerdere systemen was snelheid. Eerdere methoden voor hersentypen waren afhankelijk van cursorselectie, waardoor ze veel langzamer waren dan natuurlijk typen met de hand. Deze nieuwe aanpak omzeilt dat knelpunt.
Hoe het nieuwe systeem werkt
Onderzoekers van BrainGate hebben een AI-model getraind om beoogde hand- of vingerbewegingen te herkennen van de precentrale gyrus, een hersengebied dat motorfuncties bestuurt. Deelnemers probeerden verlamde ledematen te bewegen terwijl de AI overeenkomstige letters voorspelde op een standaard QWERTY-toetsenbord. Het systeem behaalde snelheden van 110 tekens per minuut (22 woorden per minuut) met een laag foutenpercentage van 1,6% bij één deelnemer. Een tweede deelnemer met verlamming demonstreerde ook functioneel, zij het langzamer, typen.
Dit betekent een aanzienlijke verbetering ten opzichte van bestaande methoden. Eerdere BCI-systemen behaalden snelheden van 18 woorden per minuut met hogere foutpercentages, of 78 woorden per minuut met een foutenpercentage van 25%.
Waarom snelheid belangrijk is
Onderzoekers benadrukken dat communicatiesnelheid niet louter een technische maatstaf is. “Communicatiesnelheid is belangrijk, omdat deel uitmaken van een gesprek ertoe doet”, zegt Daniel Rubin, co-auteur van het onderzoek. Voor personen die zowel de spraak- als de handfunctie hebben verloren, is efficiënte communicatie cruciaal voor het behouden van sociale verbinding en participatie. Alternatieve methoden, zoals eye-tracking, zijn te traag voor natuurlijke interactie.
Resterende uitdagingen en toekomstige richtingen
Ondanks de vooruitgang kampt de technologie met beperkingen:
– Bij het onderzoek waren slechts twee deelnemers betrokken.
– Het systeem vereist invasieve hersenchirurgie voor het plaatsen van implantaten.
– Kalibratie is voor elk gebruik noodzakelijk, vergelijkbaar met het stemmen van een muziekinstrument.
De bredere vraag blijft of het decoderen van motorcortex of spraakgerelateerde gebieden effectiever is. Motorsignalen zijn gemakkelijker te decoderen, maar spraakgebieden bieden mogelijk hogere snelheden. Verschillende bedrijven, waaronder Neuralink, Paradromics en Synchron, ontwikkelen commerciële BCI’s, hoewel de wijdverspreide adoptie afhangt van het overwinnen van deze hindernissen.
Deze technologie biedt een kijkje in een toekomst waarin verlamming niet langer stilte betekent. Hoewel verdere verfijning nodig is, geven de aangetoonde snelheid en nauwkeurigheid aan dat praktisch hersencomputertypen binnen handbereik ligt.
