Je leest:

Verlamde benen komen in beweging

Verlamde benen komen in beweging

Brein-computer-interface helpt patiënten met dwarslaesie revalideren

Auteur: | 15 augustus 2016

Verlamd zijn door een dwarslaesie en toch de benen weer leren te bewegen. Dat is opmerkelijk genoeg mogelijk dankzij zogeheten brein-computer interfaces. Ze prikkelen het herstel van uitgevallen neurologische functies, zoals voelen en bewegen, laat een groep internationale neurowetenschappers zien.

60872
BCI is technologie waarbij gemeten hersensignalen door een computer (bijvoorbeeld dit exoskelet) in acties worden omgezet.

Tijdens de openingsceremonie van het wereldkampioenschap voetbal in Brazilië in 2014 werd het wereldnieuws: de vanaf zijn borst verlamde man Julian Pinto schopte een voetbal weg dankzij een exoskelet – een gemotoriseerd harnas – dat hij met zijn hersenen bestuurde. De internationale groep onderzoekers achter de demonstratie publiceert deze week in Scientific Reports de eerste resultaten van hun studie naar brain-computer interfaces (BCI).

De uitkomsten zijn spectaculair: door langdurig te trainen met onder andere een exoskelet herstelden acht patiënten met dwarslaesie neurologisch gezien een beetje. Ze bewegen vrijwillig hun beenspieren en voelen weer aanraking en pijn in hun verlamde benen. Dat het hier gaat om spontaan herstel is volgens onderzoeksleider Miguel Nicolelis van Duke University uitgesloten. Bij een recente dwarslaesie zou dat kunnen, maar deze mensen waren al jarenlang verlamd.

Dwarslaesie

Een dwarslaesie is een beschadiging van het ruggenmerg. Het ruggenmerg kan je vergelijken met een bundel telefoonkabels die signalen vanuit de hersenen bezorgen bij de rest van het lichaam. Uit het ruggenmerg ontspringen zenuwen die de signalen doorgeven aan specifieke spieren en organen. Bij een complete dwarslaesie zijn alle zenuwen die onder het niveau van het letsel liggen uitgevallen, waardoor de benen verlammen. Zit het letsel hoog in het ruggenmerg dan kunnen ook de armen en zelfs ademhalingsspieren verlammen. Bij een complete dwarslaesie zijn de zenuwen geheel doormidden.

Een incomplete dwarslaesie is nog enigszins te verbeteren. Een fysiotherapeut beweegt de benen en helpt de patiënt lopen met looprobots. Door de benen te bewegen en het brein te activeren leren spieren en hersenen weer contact te leggen. Bij een complete dwarslaesie is de enige optie het leren aansturen van een rolstoel of exoskelet met de hersenen.

Oculus
Een patient leert een avatar te gebruiken zodat hij kan lopen in virtual reality.

Virtuele avatar

De patiënten, met volledig verlamde benen, kwamen een jaar lang over de vloer bij het Neurorevalidatie Laboratorium in São Paulo om te trainen met BCI. De technologie bestond uit een soort badmuts met elektroden die via de hoofdhuid elektrische signalen registreren. Bij het dragen van de muts liggen de elektroden precies op de motorische schors, het hersengebied dat beweging aanstuurt.

De patiënten leerden eerst de activiteit van hun hersenen (EEG-signalen) te gebruiken om een virtuele avatar te laten lopen. Daarvoor moesten ze zich de beweging van hun eigen benen inbeelden. Om een realistische loopillusie te creëren, droegen ze een shirt met in de mouw een apparaatje dat vibreert elke keer als de avatar zijn voet op de grond zet. Trainen met het exoskelet ging op dezelfde manier: de patiënt voelt de stappende beweging als vibraties in de onderarm, door terugkoppeling van druksensoren onder de voet van het harnas. In de video hieronder zie je een patient lopen in het exoskelet.

Slapende zenuwen

Onderzoeksleider Nicolelis verwachtte dat de patiënten op kunstmatige wijze weer zouden lopen. Net zoals Julian Pinto. Maar er gebeurde meer. Ook neurologische functies herstelden gedeeltelijk. Na twaalf maanden voelden alle deelnemers weer sensaties in hun benen, zoals pijn en aanraking, en konden ze hun beenspieren aanspannen. Sommigen konden hun verlamde benen zelfs heen en weer bewegen. Vier van de acht patiënten die geclassificeerd waren als ‘compleet verlamd’ vielen na twaalf maanden trainen in de categorie ‘gedeeltelijk verlamd’.

Hoe kan dit? Ten eerste is het diagnosticeren van een complete dwarslaesie erg lastig, reageert Eliana Garcia Cossio, die onderzoek doet naar neuro-revalidatie aan de Radboud Universiteit. “We kunnen niet elke millimeter aan zenuwen zien die uit het brein komen en verbonden zijn met de spieren. Het kan dus zijn dat patiënten de diagnose ‘complete dwarslaesie’ krijgen, terwijl er nog wat vezels intact zijn.”

Brodmann area 4 lateral
De motorische hersenschors ligt in de frontale kwab en zorgt voor de uitvoering van bewegingen.

Eerder onderzoek wees al aan dat er vaak nog zenuwen liggen in het ruggenmerg die de beschadiging overleefd hebben. “Deze zenuwen kunnen jarenlang slapen omdat er geen signaal is vanuit de hersenschors naar de spieren”, zegt Nicolelis in een persbericht. “Trainen met een brain-computer interface kan de zenuwen weer hebben aangewakkerd. Het aantal vezels dat overblijft is klein, maar het kan genoeg zijn om de signalen van de motorische schors in het brein over te dragen naar de ruggengraat.”

Intensieve training

Is het inderdaad de brein-computer interface met de feedback die het herstel aanzwengelde? Is het misschien alleen de feedback? Volgens Garcio Cossio is het moeilijk te achterhalen. “Alleen al een uitgebreid revalidatie-programma van een jaar gericht op wandelen en bewegen draagt bij aan herstel. Patiënten hebben normaal gesproken niet zo’n uitgebreide revalidatie vanwege de hoge kosten”, aldus Garcia. Desondanks noemt ze het herstel opwindend.

Ook bewegingswetenschapper Noel Keijsers van de Sint Maartenskliniek in Nijmegen noemt de uitkomst indrukwekkend. Uit zijn eigen onderzoek bleek al dat patiënten met complete dwarslaesie in staat zijn om een avatar aan te sturen door het activeren van de motorische schors van de benen.

“Na zes maanden hoef je normaliter bij een complete dwarslaesie geen herstel meer te verwachten. Dat deze mensen functioneel vooruit zijn gegaan is een mooie stap in de goede richting”, zegt Keijsers. Wel een kleine stap. Hij vraagt zich af of twaalf maanden lang intensief revalideren die stap waard is. “In een doorsnee revalidatiecentrum kunnen we dit protocol niet voor elkaar krijgen, en deze patiënten kunnen nog verre van lopen. Maar de studie trekt de ideeën rond brein-computer interface voor het eerst vanuit de onderzoekssfeer richting een klinische setting en dat is zeker interessant.”

Bron:

Donate, A.R.C. e.a., ‘Long-term training with a brain-machine interface-based gait protocol induces partial neurological recovery in paraplegic patients’, In: Scientific Reports. Online op 11 augustus 2016. doi:10.1038/srep30383

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 15 augustus 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.