Hersenonderzoekers willen communicatie tussen machines en brein verbeteren

23 mei 2022

Een grootschalig neurowetenschappelijk onderzoeksproject onder leiding van Radboudhoogleraar Francesco Battaglia ontving eerder deze maand een Zwaartekrachtsubsidie van 21,9 miljoen euro. Het onderzoek richt zich op de communicatie tussen machines en het brein. ‘Als we het brein van blinde mensen verbinden met een videocamera, kunnen we in de toekomst hopelijk hun zicht herstellen.’

Bijna volledig verlamd zijn en toch videospelletjes spelen, sms’jes typen en drones besturen. Door het brein te laten communiceren met machines, is dat tegenwoordig mogelijk. Zo’n verbinding tussen de hersenen en een machine, zoals een computer, een robotarm of een drone, heet een brein-computer interface. ‘Het is een manier om informatie in of uit onze hersenen te krijgen zonder onze zintuigen te gebruiken,’ legt neurowetenschapper Francesco Battaglia uit aan de telefoon.

De techniek is niet alleen relevant voor mensen die verlamd zijn, maar bijvoorbeeld ook voor blinde mensen. ‘Stel dat er iets gebeurt met de ogen van een patiënt, waardoor er geen signaal meer naar het brein gaat,’ zegt Battaglia. ‘Je kunt dan een video-opname veranderen in elektrische pulsen die het brein kan begrijpen. Zo krijg je een interface tussen een machine – de videocamera – en de hersenen.’ De hoop is dat zulke interfaces uiteindelijk het zicht van blinde mensen kunnen herstellen.

‘Communicatie met het brein is tweerichtingsverkeer’

Battaglia en zijn collega-onderzoekers, van binnen en buiten de Radboud Universiteit, willen de Zwaartekrachtsubsidie de komende tien jaar gebruiken voor de ontwikkeling van een nieuw soort interface. Het nieuwe apparaat moet meer rekening houden met de complexiteit van de hersenen. ‘We moeten het brein niet zien als een computer waaraan je input geeft en waarvan je output terugkrijgt. Hersenactiviteit is een spontaan, complex en dynamisch systeem. Communicatie met het brein is daarom tweerichtingsverkeer. Je moet de stimulatie van het brein aanpassen aan datgene wat het brein op dat moment aan het doen is.’

Technische obstakels

Geen gemakkelijke opgave, denkt Battaglia. ‘Er zijn een heleboel technologische obstakels. Eerst moet je uitzoeken in welk deel van het brein je moet zijn, en moet je die activiteit in real time kunnen meten. Vervolgens moet je dat stuk van de hersenen op de juiste manier stimuleren.’ Extra moeilijk wordt het wanneer je die techniek wil testen op proefdieren die rondlopen in een lab met een ‘natuurlijke setting’. Dan heb je draadloze apparatuur nodig, zegt Battaglia, ‘maar dan kun je wel kijken hoe het brein onder natuurlijke omstandigheden werkt.’

Francesco Battaglia. Foto: Dick van Aalst

Zulk complex neurowetenschappelijk onderzoek is alleen mogelijk als je interdisciplinair te werk gaat. Battaglia’s project brengt onderzoekers uit drie disciplines samen: engineers voor de techniek, computerwetenschappers om te berekenen wat het brein aan het doen is, en neurowetenschappers die het hele onderzoek theoretisch onderbouwen.

Alle grote neurowetenschappelijke instituten in Nederland zijn bij het project betrokken. ‘Dat is broodnodig,’  zegt Battaglia, ‘want we werken allemaal aan andere aspecten van het brein. Sommigen doen onderzoek naar het gezichtsvermogen, anderen naar het geheugen, weer anderen bestuderen sociaal gedrag. We kunnen allemaal dezelfde technologie gebruiken, die weer geleverd wordt door de technische universiteiten.’

Geheugen

Battaglia richt zich binnen het project specifiek op het geheugen. Zijn doel is ambitieus: door de hersenen tijdens de slaap te stimuleren, wil hij invloed uitoefenen op de aanmaak van herinneringen. ‘’s Nachts herhaalt je brein de hersenactiviteit die overdag aanwezig is,’ legt hij uit. ‘Die herhaling is belangrijk om herinneringen te versterken en onderscheid te maken. Je bewaart belangrijke gebeurtenissen voor de lange termijn, terwijl je minder belangrijke dingen doorgaans vergeet.’

Door in te grijpen in het herhalingsproces, hoopt Battaglia die schifting te kunnen beïnvloeden. De komende jaren gaan hij en zijn collega’s de techniek testen op proefdieren. Met minuscule, draadloze elektrodes willen ze de hersenactiviteit meten van ratten die door een grote renbaan lopen en plots iets lekkers vinden – iets te eten, of een beetje sojamelk. ‘Vervolgens wachten we tot ze gaan slapen en sporen we de hersenpatronen van die vondsten weer op. We kunnen het brein stimuleren om die patronen te elimineren, onderdrukken of versterken. En dan kijken wat er gebeurt: weten ze nog steeds waar ze het eten en de sojamelk kunnen vinden?’

‘Misschien kunnen we in de toekomst de herinneringen van patiënten met PTSS aanpassen’

Op dit moment is het onderzoek puur fundamenteel van aard, maar praktische toepassingen liggen in het vooruitzicht. ‘Als we succes hebben kunnen we de techniek in de toekomst mogelijk gebruiken om de herinneringen van patiënten met posttraumatische stress aan te passen. Of misschien zouden we geheugeninterfaces kunnen maken voor patiënten met alzheimer.’

Net als veel andere praktische toepassingen van brein-computer interfaces, liggen deze behandelingen nog niet binnen handbereik. Er zijn twee grote obstakels, legt Battaglia uit. Ten eerste zijn technieken om het brein te stimuleren vaak heel invasief, waardoor goedkeuring voor gebruik bij mensen vaak een jarenlang proces is. Ten tweede weten we relatief weinig over de manier waarop het brein informatie ontvangt en verwerkt. ‘Daarom richten we ons in eerste instantie op onderzoek bij dieren, al zullen we de haalbaarheid bij mensen ook bestuderen. Het idee is om het vakgebied een flinke duw in de rug te geven, zodat we in vijf tot tien jaar een duidelijke routekaart hebben richting een nieuwe generatie interfaces.’

Geef een reactie

Vox Magazine

Het onafhankelijke magazine van de Radboud Universiteit

lees de laatste Vox online!

Vox Update

Een directe, dagelijkse of wekelijkse update met onze artikelen in je mailbox!

Wekelijks
Nederlands
Verzonden!