Wat is een brein-computer interface?
Voor welke mensen is een BCI bedoeld?
Kun je met een BCI “gedachtelezen”?
Zijn er al BCI’s te koop?
Welke technieken zijn er op het gebied van BCI?
Wat kan er tegenwoordig al gedaan worden met BCI?
Waarom moet er nog meer onderzoek gedaan worden?
Hoe kan ik deze studie steunen?

Wat is een brein-computer interface?
Een brein-computer interface (BCI) is een techniek om met behulp van hersensignalen een computer of ander apparaat te besturen. De hersensignalen kunnen met verschillende technieken opgevangen worden, zoals MRI, EEG (elektro-encefalografie; elektroden op de hoofdhuid), ECoG (elektro-corticografie; elektroden in het hoofd) of met MEG (magneto-encefalografie; meet magnetische velden in het brein).
Naar boven

Voor welke mensen is een BCI bedoeld?
BCI’s zijn op dit ogenblik vooral bedoeld voor mensen die door een ziekte, ongeluk of door een aangeboren afwijking verlamd zijn en bepaalde of alle spieren niet kunnen gebruiken. Met behulp van hersensignalen kan iemand met een BCI bijvoorbeeld typen of een computermuis bewegen en daardoor andere apparaten besturen. In de nabije toekomst is het besturen van een robotarm denkbaar. Er wordt ook onderzoek gedaan naar de vraag of een BCI kan helpen bij bijvoorbeeld revalidatie of op een andere manier een genezingsproces kan versnellen.
Een derde toepassing is voor gezonde mensen die een extra functie willen. Voor gaming bijvoorbeeld, maar ook in militaire operaties.
Naar boven

Kun je met een BCI “gedachtelezen”?
Nee, het is niet mogelijk om met een BCI gedachten te lezen. Een BCI is daar ook niet voor ontworpen. Gebruikers van een BCI moeten gericht en geconcentreerd bezig zijn met een opdracht, waardoor in specifieke gebieden hersenactiviteit wordt verhoogd. Deze verhoging kan worden gemeten en worden gebruikt voor het aansturen van een computerprogramma. Er wordt dus niet gemeten wat je denkt, maar dat je denkt.
Naar boven

Zijn er al BCI’s te koop?
Er is tot nu toe één BCI te koop gericht op mensen met beperkingen. Deze is gebaseerd op EEG (http://www.intendix.com).
Er komen wel steeds meer apparaten op de markt, veelal op EEG gebaseerd, die gebruikt kunnen worden in combinatie met een computer. Deze BCI’s zijn echter voornamelijk gemaakt voor het spelen van computerspelletjes en zijn niet geschikt om als communicatiehulpmiddel te dienen.
Implanteerbare BCI’s zijn nu in ontwikkeling. Een implanteerbare BCI die ook thuis werkt wordt op dit moment in Utrecht getest.
Naar boven

Welke technieken zijn er op het gebied van BCI?
Op dit moment zijn er verschillende technieken die gebruikt kunnen worden om hersensignalen op te vangen. Elk van deze methoden heeft zijn eigen voor- en nadelen.
Bij EEG worden elektroden op de hoofdhuid geplakt, of met behulp van een muts op het hoofd geplaatst. De elektroden vangen de hersensignalen op die door de schedel komen. Het signaal is vrij zwak en ruizig. Bovendien moet om de paar uur de EEG-muts opnieuw geplaatst worden, wat een precies werkje is.

Een andere techniek is het implanteren van naaldelektroden in de hersenen. Deze meten heel specifiek het signaal van bepaalde cellen in de hersenen. Met deze techniek kan de rijke informatie gebruikt worden voor het besturen van een robotarm. De techniek is bij een handvol mensen in laboratoria in de VS toegepast, maar is nog niet rijp voor thuisgebruik bij meer mensen. Het is met name onduidelijk of deze techniek voor langere termijn bruikbaar is en het is nog de vraag of het systeem ooit betaalbaar genoeg wordt voor gebruikers.

Elektroden kunnen ook op het oppervlak van het brein geplaatst worden, dus vlak ónder de schedel, maar niet in de hersenen. Deze techniek heet elektro-corticografie (ECoG). Doordat signalen niet meer door de dikke schedel hoeven door te dringen, zijn ze vele malen sterker dan wat met elektroden op de hoofdhuid (EEG) wordt gemeten. Ook de locatie waar de signalen vandaan komen is veel preciezer te bepalen dan bij EEG. Een voordeel ten opzichte van de naaldelektroden is dat er geen elektroden ín de hersenen worden geplaatst, wat de kans op afweerreacties kleiner maakt. Er wordt verwacht dat ECoG-elektroden vele jaren een betrouwbaar signaal geven. In de Utrecht NeuroProthese maken we gebruik van ECoG-elektroden op het brein.

Andere technieken voor het meten van de hersenactiviteit zijn alleen beschikbaar in laboratoria. Bijvoorbeeld functionele MRI. Hierbij moeten mensen een taakje (‘oefening’) doen in de MRI-scanner en wordt de hersenactiviteit gemeten. Deze activiteit wordt dan gebruikt om een computer aan te sturen. Omdat er een MRI-scanner wordt gebruikt, is deze vorm van BCI niet beschikbaar voor mensen thuis. Wél kan met behulp van MRI gezocht worden naar gebieden in het brein die gebruikt kunnen worden voor een BCI gebaseerd op EEG of ECoG elektroden.

Ook MEG (magnetische encefalografie), waarbij indirect elektrische signalen worden gemeten, heeft een groot apparaat nodig. Mede daarom wordt het niet veel voor BCI gebruikt, al wordt er wel veel onderzoek mee verricht naar hoe de hersenen werken.
Naar boven

Wat kan er tegenwoordig al gedaan worden met BCI?
Het opvangen van hersensignalen om er een computer of ander apparaat mee te besturen speekt tot de verbeelding. Op het internet zijn filmpjes te vinden van mensen die met hun hersenactiviteit een robotarm besturen, soms met, en soms zonder een implantaat. Er zijn steeds meer kleine bedrijven die eenvoudige systemen verkopen om spelletjes mee te spelen. Ze zijn echter om meerdere redenen niet goed genoeg voor verlamde mensen.

Een aantal centra in de VS hebben al aangetoond dat met naaldelektroden een robotarm bestuurd kan worden. Dat kan echter alleen tijdens onderzoeksessies wanneer de technici ook aanwezig zijn om alles goed te laten werken. De versterker is niet implanteerbaar dus tussen de sessies kan de gebruiker niets met het systeem. De robotarm vormt ook een gevaar als de besturing niet perfect is. Zo kan een uitschietende arm heel wat schade aan de omgeving aanrichten. Er wordt gewerkt aan een slimme robotarm die met camera’s in de gaten houdt waar mensen en meubilair zich bevinden om ongelukken te voorkomen maar dat maakt het hele systeem weer duurder en ingewikkelder. Het is nog niet duidelijk of dergelijke BCI-systemen ooit op de markt komen en als dat wel het geval is, wanneer.

Er wordt ook gewerkt aan eenvoudiger BCI-implantaten voor mensen met LIS, die vooral heel robuust en nauwkeurig moeten kunnen werken. Een van de grootste uitdagingen is een goede betrouwbaarheid, dat wil zeggen dat de BCI heel weinig fouten maakt in het interpreteren van de hersensignalen. Veel fouten leidt al gauw tot onvrede en desinteresse bij de gebruiker (en dus een falen van het BCI-systeem). Een eerste BCI-implantaat zal die uitdaging eerst aan moeten gaan. Een simpel systeem heeft dan de voorkeur, bijvoorbeeld een BCI die alleen maar een druk op een knop kan maken (een brein-klik als het ware). Daarmee kan een gebruiker alle bestaande communicatiehulpmiddelen gebruiken.
Naar boven

Waarom moet er nog meer onderzoek gedaan worden?
De technologische ontwikkelingen gaan erg snel, ook binnen het vakgebied van BCI-onderzoek en met name voor implanteerbare BCI’s. Grotere kennis van de hersenen, nieuwe manieren om hersensignalen te meten, betere materialen voor elektroden en snellere computers om de hersensignalen te verwerken helpen het onderzoek vooruit. Het is echter niet bekend hoe het is om dagelijks een BCI te gebruiken, en of het hebben van een BCI de kwaliteit van leven van mensen met LIS daadwerkelijk verbetert. Ook is niet duidelijk of en hoe de hersensignalen veranderen bij langdurig dagelijks gebruik van een BCI. Het is mogelijk dat het steeds minder moeite kost om de BCI op een goede manier te gebruiken, maar er bestaat ook een kans dat de hersensignalen in de loop van de tijd hun kwaliteit verliezen, waardoor het lastiger zou kunnen worden om te communiceren via de BCI.

Behalve onderzoek naar de biologie van hersenen moeten er ook praktische zaken onderzocht worden. Zo zijn er veel instellingen van het apparaat die van belang zijn voor een goede prestatie. Zelfs het meest eenvoudige BCI-implantaat is van binnen behoorlijk complex. Hoe de gebruiker reageert op regelmatig gebruik van een BCI implantaat wordt op dit moment in deze studie onderzocht.
Naar boven

Hoe kan ik deze studie steunen?
Om artsen en verzekeraars te overtuigen van het nut van een implanteerbaar BCI-systeem, de Utrecht NeuroProthese, is een groot, internationaal onderzoek met veel deelnemers nodig. De onderzoekers in het UMC Utrecht hebben contact met instanties die geïnteresseerd zijn om zo’n onderzoek te financieren, maar daarvoor moeten minimaal drie patiënten succesvol geïmplanteerd zijn met een BCI-systeem. Om aan deze eis te voldoen heeft het onderzoeksteam financiering nodig, waarin nog twee patiënten worden geïmplanteerd.
Wij rekenen op uw steun zodat het niet bij één volledig verlamde patiënt blijft, maar in de toekomst meer patiënten een groot deel van hun zelfstandigheid terugkrijgen. Lees meer over donaties bij Vrienden van UMC Utrecht.