Verlamde man ‘schrijft met zijn gedachten’

Karlijn Klei

2021-05-15 09:00:58

Door de breinsignalen te meten die gepaard gaan met het pennen van tekst, lukte het onderzoekers een verlamde man hele zinnen te laten schrijven.

Verlamd vanaf de nek naar beneden en tóch tekst op papier kunnen zetten. Onderzoekers van de Washington-universiteit ontwikkelden een algoritme waar dat mee lijkt te kunnen. In vakblad Nature schrijven ze hoe ze met behulp van zogeheten brein-machine-interfaces (BMIs) de letters die een verlamde man zich inbeeldde op papier te krabbelen, direct naar tekst konden vertalen. Gekoppeld aan het mindwriting-systeem lukte het de man 18 woorden per minuut te ‘schrijven’.

Lees ook:

Brein-machine-interfaces

Onze bovenkamer barst van de hersencellen. Als we denken, bewegen of voelen, zetten we die neuronen aan het werk. Dan ontstaan er kleine elektrische impulsen die worden doorgegeven aan de buur-neuronen. Hierbij ‘lekken’ telkens een paar elektrische signalen. Van deze seintjes maken zogeheten brein-machine-interfaces (BMIs) gebruik.

De man in kwestie, bekend als T5, beschadigde zijn ruggenmerg tijdens een ongeluk in 2007. Hierdoor verloor hij vrijwel alle beweging vanaf zijn nek naar beneden. Negen jaar later besloot de man, nu ergens in de 60, deel te nemen aan een klinisch onderzoek naar de veiligheid van brein-machine-interfaces.

schrijven met BMIs
Schematische weergave van het mindwriting-proces. © Willet et al., 2021/Nature

‘Mindwriting’

Op de linker hersenhelft van de man – waar de neuronen die de beweging van de rechterhand (lees: de schrijfhand) aansturen actief zijn – werden twee kleine computerchips aangebracht. Elke chip (zie afbeelding hierboven) is voorzien van honderd elektroden om de ‘lekkende’ signalen op te pikken.

De onderzoekers vroegen T5 zich in te beelden een pen vast te houden en daarmee de letters van het alfabet te noteren. Verlamd kon de man de fysieke bewegingen natuurlijk niet maken, maar de gedachte eraan bleek voldoende. Meer dan tien jaar na het ongeluk vuurde het brein nog steeds de karakteristieke elektrische signalen af die de rechterhand zouden aansporen te schrijven. De signalen verschillen per letter of leesteken.

Na training van het algoritme met T5 en anderen zoals hij, wist het programma in 94,1 procent van de gevallen realtime in te schatten welke letter er met gedachten geschreven werd. Het lukte T5 met het mindwriting-systeem, zoals de onderzoekers het doopten, 18 woorden per minuut te ‘schrijven’.

Ontcijferen

Sommige letters bleken lastiger dan andere, zo schrijven de onderzoekers. Voor de h en n bijvoorbeeld, of de r en de v, maken we heel vergelijkbare bewegingen. Dat maakt het onderscheid tussen die letters lastiger; de breinsignalen die ermee gepaard gaan, lijken daardoor immers ook sterk op elkaar (zie afbeelding hieronder).

Daarmee is het ook nog onduidelijk hoe goed het algoritme werkt voor talen die geen gebruikmaken van het klassiek Latijn alfabet. Het Tamil bijvoorbeeld, dat onder meer in delen van India gesproken wordt, heeft een alfabet met maar liefst 247 tekens. Veel daarvan lijken sterk op elkaar. Dat zou voor het algoritme nog weleens een flinke uitdaging kunnen zijn.

De vertaalde ingebeelde penbewegingen van T5 per leesteken (links), en de 2D-visualisatie van de neurale activiteit per leesteken (rechts). Hoe dichter de clusters (gekleurde stippen) bij elkaar liggen, hoe groter de overlap in neurale activiteit. Klik om te vergroten. © Willet et al., 2021/Nature

Overigens zal het nog wel even duren voordat dergelijke BMIs ook daadwerkelijk op grote(re) schaal toegepast zullen worden. In een bijbehorend artikel in het vakblad stellen Pavithra Rajeswaran en Amy Orsborn, niet betrokken bij het onderzoek, dat de voordelen nog niet opwegen tegen de kosten en de risico’s die gepaard gaan met het aanbrengen van elektroden in het brein.

Bronnen: Nature, Nature, The Guardian

Beeld: Willet et al., 2021/Nature

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE







Meer Nieuws

KIJK Zomernummer

Haal deze extra dikke editie nu in huis!