Je leest:

Racen op de hersensignalen van Adeles ‘Hello’

Racen op de hersensignalen van Adeles ‘Hello’

Nederlands team doet mee aan eerste Brain-Computer Interface Race

Auteur: | 12 september 2016

Begin oktober vindt in Zürich de eerste Cybathlon plaats, een soort Paralympische Spelen, maar dan met bionische hulpmiddelen. Een team van het Nijmeegse Donders Instituut is het enige Nederlandse team dat meedoet aan een race gestuurd op hersensignalen.

Teamcaptain Jason Farquhar kijkt toe terwijl Toine traint voor de BCI-race.
Erica Renckens voor NEMO Kennislink via CC BY-ND 2.0

Lees hier hoe het team het er op 8 oktober 2016 vanaf heeft gebracht!

Ingespannen tuurt Toine naar het scherm voor zijn neus. Een paars poppetje rent, springt en glijdt over een parcours, zo snel mogelijk richting de eindstreep. Het lijkt misschien alsof Toine niks doet, maar schijn bedriegt: hij stuurt direct met zijn brein het poppetje aan. 32 elektroden op zijn hoofd registreren zijn hersenactiviteit en bepalen zo de bewegingen die het figuurtje op het beeldscherm maakt. Toine Welling is de piloot van het enige Nederlandse team dat meedoet aan de eerste Brain-Computer Interface Race.

De race vindt zaterdag 8 oktober plaats tijdens de Cybathlon in het Zwitserse Zürich. Tijdens deze eerste wereldspelen nemen bionische para-atleten het tegen elkaar op in zes verschillende disciplines – alle deelnemers zijn gehandicapt en maken gebruik van geavanceerde technologie. Toine liep in 1982 op zijn 21e een hoge dwarslaesie op en zit sindsdien in een rolstoel. Het Nederlandse team onder leiding van Jason Farquhar (Donders Instituut) gebruikt, net als de meeste andere teams overigens, eeg-signalen om het figuurtje aan te sturen.

Het elektro-encefalogram (eeg)

Hersencellen communiceren onderling door middel van elektriciteit: ze geven kleine stroompjes aan elkaar door. Als een groepje cellen tegelijk actief is, is het opgetelde signaal sterk genoeg om opgevangen te worden door de elektroden van een elektro-encefalogram (eeg). Een eeg kan niet heel precies meten welk gebiedje actief is – misschien komt het signaal wel ergens heel diep uit het brein. Maar een eeg is wel heel nauwkeurig in tijd: het reageert sneller dan fMRI, dat op zijn beurt wel weer goed de locatie van de activatie kan waarnemen.

Nog geen gedachtelezen

“Deze race is natuurlijk eigenlijk een gimmick. Dwarslaesie-patiënten hebben hier in het dagelijks leven weinig aan,” vertelt Jason Farquhar terwijl Toine nog even verder traint. “Maar het laat wel goed zien wat op dit gebied al mogelijk is. Bovendien motiveert de competitie onderzoekers om een paar stappen verder te gaan dan ze normaal gesproken doen. In plaats van het gebruikelijke kleine onderdeel waaraan ze werken, moeten ze nu een compleet werkend systeem leveren.”

Dromen lezen

Japanse onderzoekers probeerden in 2013 dromen af te lezen uit hersenscans. Ze lieten proefpersonen slapen in een MRI-scanner en vroegen naderhand waarover ze gedroomd hadden. Een proefpersoon die over een gebouw had gedroomd, kreeg vervolgens in dezelfde scanner plaatjes van gebouwen te zien. Vervolgens zochten de onderzoekers in de droom-scan naar vergelijkbare hersenactivatie als tijdens de ‘gebouw-scan’. Het resultaat komt nog altijd niet in de buurt van gedachtelezen, maar het laat wel zien dat het met complexe training mogelijk is om bepaalde objecten in dromen te herkennen.

Het aansturen van een poppetje – of een cursor, wat in de dagelijkse praktijk nuttiger is – is één van de mogelijke toepassingen van een Brain-Computer Interface (BCI). “Dat kan je bijvoorbeeld ook gebruiken om in een rolstoel rond te rijden,” aldus de universitair docent. “Maar een andere toepassing, het kiezen uit verschillende opties op een scherm, werkt over het algemeen beter. Zo kan je typen op een schermtoetsenbord met ongeveer één seconde per toets. Als je dan ook nog woorden na een paar letters automatisch laat voorspellen, gaat een berichtje schrijven best snel.”

Indrukwekkend, maar deze mogelijkheden komen nog niet in de buurt van het ultieme BCI-scenario: volwaardige communicatie tussen brein en computer. “Gedachtelezen kan sowieso niet met eeg-metingen, die zijn daar niet gedetailleerd genoeg voor,” stelt Farquhar. “fMRI komt al dichter in de buurt. Daarmee kunnen we bijvoorbeeld zien of iemand zich een kat of een hond inbeeldt, maar dat blijft dus op een heel basaal niveau.”

Goede concentratie

Tijdens deze trainingssessie stelt het team vast welke drie taken het best af te lezen zijn uit Toines hersensignalen. Dit zijn opdrachten die de software het vaakst correct herkent en het minst verwart met een van de andere taken. Deze selectie bepaalt de uiteindelijke besturing tijdens de race: denkt Toine aan het bewegen van zijn rechterhand, dan maakt het poppetje vaart, beeldt hij zich in dat hij zijn tong beweegt, springt ’ie, en als hij zich een liedje voor de geest haalt, glijdt het virtuele mannetje over het parcours.

De kunst is nu dus om zo goed mogelijk te focussen. “Dat bepaalt waarschijnlijk méér de wedstrijduitslag dan de gebruikte BCI-techniek – die zal tussen de teams onderling niet zo sterk verschillen,” voorspelt Farquhar. Toine is de derde piloot met wie het team werkt; twee eerdere kandidaten haakten of omdat ze het te zwaar vonden om zo lang geconcentreerd te blijven. Toine vindt het eigenlijk nog wel meevallen: “Het schakelen tussen de taken vind ik zwaarder. Vooral het liedje is moeilijk af te zetten in mijn hoofd: ik hoor Adele nog steeds ‘Hello’ zingen als ik alweer iets anders moet doen.”

Het Nederlandse team voor de BCI-race tijdens de Cybathlon op 8 oktober 2016 in Zürich. Van links naar rechts: Noël Keijsers, Toine Welling, Jason Farquhar en student-assistent Héctor van den Boorn.
Erica Renckens voor NEMO Kennislink via CC BY-ND 2.0

Herstel van functies

De onderzoekers van het Donders Instituut selecteerden Toine in samenwerking met de Sint Maartenskliniek, waar patiënten met verschillende aandoeningen komen om te revalideren. “Ik kom er eigenlijk nog maar eens in de twee jaar voor controle, maar het leek me geweldig om hieraan mee te doen,” aldus Toine, die tot voor kort bij de Belastingdienst werkte. “Het is fascinerend dat je iets kunt laten bewegen door alleen maar ergens aan te denken. En zo’n reisje naar Zürich vinden mijn vrouw en ik natuurlijk ook leuk.”

Noël Keijsers, senior onderzoeker bij de Sint Maartenskliniek, volgt Toines prestaties op de voet. “Het is erg interessant om te zien wat er mogelijk is met BCI. Niet alleen om de kwaliteit van leven voor mensen met een verlamming te verbeteren, maar ook met het oog op herstel van functies,” vertelt hij. “Het brein is plastisch en zeker direct na een trauma kan het brein soms nog nieuwe wegen vinden voor het uitvoeren van bepaalde taken.”

Onderzoekers van Duke University (VS) lieten deze zomer zien hoe acht patiënten met een dwarslaesie na intensieve training met een BCI-gestuurd exoskelet weer een beetje gevoel en beweging in hun verlamde benen kregen. “Voor zulk herstel is het essentieel dat de hulp bij het aansturen van twee kanten komt: uit het lichaam via het exoskelet en uit het brein via BCI,” benadrukt Keijsers. “Toine zit inmiddels al bijna 35 jaar in een rolstoel. Zijn brein zal waarschijnlijk geen nieuwe routes meer kunnen vinden.”

Toine heeft nog een week of vier om te trainen voor de race in Zürich. Maken we een beetje kans? “Sommige teams zijn al jaren aan het trainen, dus daar hebben we in ieder geval al een flinke achterstand,” aldus Farquhar. “Maar uiteindelijk komt het neer op het talent van de piloot. Misschien heeft Toine wel de best leesbare hersensignalen.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 12 september 2016

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.