Zien zonder zicht

Hoe kan je zonder tussenkomst van de ogen toch zien? In het lab van Pieter Roelfsema, directeur van het Nederlands Herseninstituut in Amsterdam, ontwikkelen onderzoekers een visuele prothese om blinde mensen hun zicht terug te geven. Eerst is het de beurt aan een rhesusaap om het implantaat uit te proberen.

Het dier, dat overigens gewoon kan zien, is allereerst getraind om een oogbeweging te maken naar een lichtpunt dat op een computerscherm verschijnt. Daarna volgt de echte test: het lichtpunt verschijnt niet meer op het scherm, maar op de visuele schors van het brein, via hersenstimulatie. Als de prothese werkt, dan zal de aap dezelfde oogbeweging maken naar de plek waar hij een lichtpunt zag. Hij scoort dikke voldoendes.

Het systeem bestaat uit een bril voorzien van een camera, een slim computerprogramma dat de beelden omzet in elektrische activiteit, en geïmplanteerde elektrodes die visuele schors prikkelen, het hersengebied dat normaal gesproken informatie uit de ogen verwerkt. Roelfsema, van huis uit cognitief neurowetenschapper, leidt de onderzoeksgroep. “Na dit experiment testen we een tweede aap om de resultaten te repliceren. Daarna willen we snel naar de mens.”

Het netvlies was de eerste plek waar wetenschappers aan werkten; netvliesprotheses zijn al commercieel beschikbaar. Het werkt als volgt. De patiënt krijgt middels een operatie een chip met elektrodes op het netvlies. Hij draagt een bril met camera. De camerabeelden reizen draadloos naar een ontvanger op de zijkant van de oogbol, die het beeld omzet naar een patroon van elektrische activiteit waarmee de cellen in het netvlies gestimuleerd worden.

Tot nu toe kregen drie patiënten in Nederland een netvliesprothese. Deze protheses zijn heel beperkt, volgens Roelfsema. “Patiënten krijgen een eenvoudige vorm van zien terug.” Het systeem heeft zestig elektrodes en genereert daarom zestig pixels, oftewel een plaatje van zes bij tien pixels. Terwijl ons oog minstens een miljoen lichtgevoelige cellen heeft.” Met een netvliesprothese kan je bijvoorbeeld de bovenkant van de bomen onderscheiden, maar letters zien is eerder uitzondering dan regel.

Prothese in de hersenschors

De Amsterdammers richten zich op een andere groep blinde mensen, waarvan de oogzenuw langzaam afsterft. Bij hen bevindt de schade zich na het netvlies. Om deze groep te helpen moet je dus verder het brein in. De onderzoekers ontwikkelen een systeem met duizend elektroden die niet het netvlies, maar de visuele hersenschors van zwakke stroompjes voorzien. Het idee is verder hetzelfde: een computer, het liefst op zakformaat, analyseert de beelden uit de camera en kijkt waar er gestimuleerd moet worden om zoveel mogelijk informatie uit de buitenwereld over te dragen naar de patiënt.

Het stimuleren van de hersenen is een precisiewerkje. Stimuleer je één elektrode, dan ziet een aap of mens een lichtpunt op dezelfde plek in de buitenwereld als waar je op de visuele schors aan het activeren bent. Het beeld bestaat dan uit één pixel. Door groepjes elektroden tegelijkertijd te stimuleren, maak je patronen, is het idee. Met die patronen zie je contouren en contrasten.

Blind geboren

Stel de camera neemt de letter A waar. Het computerprogramma ontvangt het beeld en bewerkt het tot een stimulatiepatroon. De elektrische activiteit stimuleert via de elektrodes een deelverzameling van de cellen in de visuele schors. Alleen de cellen waarvan het receptieve veld overeenkomt met de plek in de buitenwereld waar de A zich bevindt, gaan ‘aan’. Resultaat? De patiënt ziet de letter A opgebouwd uit kleine lichtpunten.

Een blind iemand moet overigens wel ooit gezien hebben, anders werkt de prothese niet. Tijdens de visuele ontwikkeling leg je banen aan in het brein voor de interpretatie van pixels. Wie blind is geboren heeft die banen onjuist aangelegd. De cellen in de visuele schors vormen dan geen kaart van de buitenwereld, waardoor je aan die pixels niks hebt.

Verborgen in een groeve

De stap naar de mens is in zicht, maar nog niet makkelijk. Mensen zijn moeilijker te behandelen dan apen, door variaties in de grootte en ligging van de visuele schors. Bij de een ligt het stukje schors – met gemiddeld de grootte van een post-it – grotendeels aan het oppervlak. Bij anderen ligt het naar binnen gevouwen in een hersengroeve. Roelfsema: “Als de visuele schors in elkaar gefrommeld ligt, is het moeilijker om al het weefsel te stimuleren. Je krijgt er met geen mogelijkheid zestien chips in.”

Gewone elektrodes komen ook niet diep genoeg. “Als we een prothese willen maken dat het grootste gedeelte van het gezichtsveld afdekt, moeten we eerst de elektrodes verbeteren.” Het testen van langere elektrodes zal zo’n drie jaar in beslag nemen, en testen kan niet rechtstreeks in een patiënt. “Mijn hoop is dat we over vijf jaar de eerste blinde mensen behandelen.”