Mini-chip maakt meten hersensignalen goedkoper en makkelijker

Wetenschappers zijn er in geslaagd om een sensor met een grootte van een suikerklontje te bouwen die in staat is om hersensignalen te meten. De geringe omvang van de chip moet metingen gemakkelijker en goedkoper maken.

De chip werkt door het meten van magnetische velden die door de elektrische prikkels in het brein worden gegenereerd. Aan de hand hiervan kunnen wetenschappers patronen meten die vervolgens gekoppeld worden aan het functioneren van een hersengebied. Volgens de onderzoekers, die werkzaam zijn aan het National Institute of Standards and Technology, kan met hun sensor gescand worden op aanwezigheid van hersenafwijkingen.

Omdat de chip klein is moet het gemakkelijker zijn om de sensor in de buurt te krijgen van het te onderzoeken hersengebied. Bij vele hersenscanners die werken met magnetische velden zijn momenteel nog grote helmen nodig die patiënten op hun hoofd moeten zetten. De mini-chip werkt echter met rubidium-atomen die opgesloten zitten in een kleine kamer, met daarbij een infraroodlaser en een lichtdetector. Omdat rubidium licht beter absorbeert bij een sterker magnetisch veld, zegt de waarde die de lichtsensor geeft iets over de hersensignalen in het brein.

Het systeem is goedkoop om te produceren, waardoor ieder ziekenhuis op termijn toegang moet krijgen tot de sensoren, aldus de wetenschappers. Hiermee kunnen bijvoorbeeld hersenafwijkingen door verwondingen worden geconstateerd, of andere neurologische aandoeningen.

De onderzoekers hebben hun mini-chip al getest op proefpersonen, waarbij het nodig is om de experimenten in een afgeschermde kamer uit te voeren: het magnetische veld van de aarde verstoort anders de metingen van de gevoelige sensoren. Toekomstige ontwikkelingen moeten er daarbij voor zorgen dat de metingen nog tien keer zo gevoelig worden, door de hoeveelheid licht die gedetecteerd wordt te verhogen. De chip is momenteel in staat om signalen van 1 picotesla op te vangen.

Volgens de wetenschappers kan het meten van magnetische velden in het brein ook gebruikt worden voor brein-computer-interfaces. Dit zijn systemen waarmee het brein van een patiënt op een computer wordt aangesloten, waarna het uitlezen van gedachten ervoor kan zorgen dat bepaalde acties worden uitgevoerd. Hiermee kunnen verlamde mensen bijvoorbeeld robotledematen besturen. De onderzoekers lijken zich echter aanvankelijk op medische toepassingen te focussen.

Reacties (20)

[Morphs]

Het is niet helemaal duidelijk welke bestaande systemen hier mogelijk mee vervangen zouden kunnen worden.

De huidige EEG (electro encefalogram) electrodes zijn namelijk precies even groot dus zo revolutionair lijkt het niet. Het verschil is dat bij een EEG onderzoek er overal (meestal 64) electrodes aangebracht worden zodat precies te meten is in welke hersengebieden bepaalde activiteit plaatsvindt.

Zie hier als voorbeeld http://www.medicalexpo.co...hannels-67901-422588.html

Met een enkele losse sensor zoals in dit artikel kun je nooit bepalen waar hersenactiviteit precies vandaan komt en wat het betekent. Je moet namelijk o.a. een baseline bepalen om te kunnen beoordelen of een signaal uberhaubt iets zinnigs betekent.

Waarschijnlijk gaat het hier om een mogelijke vervanger van fMRI (funtional magnetic resonance imaging). Daar heb je namelijk wel een ontzettend groot apparaat voor nodig normaliter.

Het verschil tussen EEG en fMRI is dat EEG heel goed activiteitsverschillen over de tijd kan laten zien (op enkele milliseconden) maar dat fMRI weer beter is in het vaststellen van de precieze locatie van hersenactiviteit (of -afwijking). Het feit dat ze onderzoek hebben gedaan naar alpha-activiteit is wel weer verwarrend, want dat kun je alleen met een EEG setup doen.

Kortom: niet meteen denken dat je nu dromen en gedachtes kunt gaan opnemen met dit apparaat, het zal hoogstens een verkleining/vergemakkelijking van de bestaande technieken zijn.

[Reflian]

Het is niet duidelijk? Zo laat je het wel klinken als een feit... terwijl daar geen twijfel over is, het is een vervanger voor de huidige MEG, dus niet fmri of eeg. MEG kun je zien als vergelijkbaar met EEG maar dan op basis van magnetische velden, waardoor weer meer informatie te verkrijgen is, zeker in combinatie met een EEG (oa accuratere plaatsbepaling). Momenteel is MEG extreem duur en moet je inderdaad een helm op die eruit ziet als een meter hoge haardroger en is het dus niet voor elk ziekenhuis/onderzoeksfaciliteit beschikbaar, daar moet deze techniek verandering in brengen.

[geekeep]

De voornaamste reden dat MEG een dure techniek is, is niet de omvang van het apparaat maar meer het feit dat de sensoren supergekoeld moeten worden, veelal met helium of stikstof.

Wat betreft het Brain Computer Interface deel in het artikel over het besturen van robotledematen door middel van gedachten:
ten eerste, een BCI leest geen gedachten maar slechts signalen (op een bepaalde plek/tijdstip) in de hersenen waarna een algoritme bepaalt wat de arm of been moet doen.
Ten tweede, er zijn al verscheidene voorbeelden te vinden van mensen/patienten/proefpersonen die daadwerkelijk een robotledemaat met hun hersenen besturen. Hierbij wordt het geassocieerde gebied van de beweging in de hersenen bewust geactiveerd door de gebruiker. Het grootste nadeel hiervan is dat je jezelf enorm moet focussen om een helder, sterk genoeg signaal op te wekken en het hierdoor mentaal erg zwaar is dit in je dagelijkse leven constant te moeten uitvoeren.

[beatnutnl]

Het houdt wel in dat het goedkoper/makkelijker wordt om empirische onderzoeken te doen met grotere sample size, met betrekking tot simpele handelingen en cognitie.
Deze kleine vooruitgangen kunnen soms net de drempel overschrijden tot revolutionair onderzoek.

[beatnutnl]

Als Bewegingswetenschapper in spé is dit heel interessant nieuws. Er is niet veel duidelijk over causaliteit binnen de hersenen, wel zijn er veel onderzoeken die covariantie aantonen met 2 gepaarde variabelen(e.g. mirror imaging). Wie weet is het nu een stuk makkelijker om het verloop, de schakeling en causaliteit aan te tonen van hersenactiviteit.

Ook is het heel erg fijn dat de grootte van de sensoren afnemen. Tijdens wetenschappelijk onderzoek is het heel lastig om proefpersonen te vinden die bereid zijn tegen een lage vergoeding deel te nemen aan onderzoek. Deze ontwikkeling zou de drempel kunnen verlagen om deel te nemen. Ook omdat het nu misschien een stuk minder eng lijkt ( Niet meer een grote helm met sensoren op, maar een aantal gericht geplake sensoren ).

Ik heb zelf veel onderzoek gelezen over Target muscle reinnervation, waar de zenuwen van spiergroepen die niet meer gebruikt worden na een extremiteit amputatie gebruikt worden om een robot arm aan te sturen. (http://www.ted.com/talks/...hetic_arm_that_feels.html) Het zou heel fijn zijn voor mensen met een amputatie om niet de zenuwen te herstructureren, maar dat de prothese aangestuurd wordt door de motorcortex, of iig het systeem dat "normaal" de effector aanstuurt. Zal naar alle waarschijnlijkheid ook revalidatietijd ten goede komen.

Al met al prijs ik dit soort verbeteringen in de zorg / medische wetenschap.

[narotic]

Targetted muscle reinnervation is juist veel directer dan het uitlzen van de motorcortex, aangezien je direct het signaal naar de missende spiergroep uitleest dmv EMG. Prosthese besturing via EEG is al gedaan, maar een probleem is dat het signaal van de motorcortex abstract is en derhalve nog door een aantal vertalingslagen moet, o.a. in de hersenstam. Met andere woorden, de vertaling van je signaal naar concrete bewegingen die de gebruiker bedoelde is dus een stuk moeilijker.

Overigens gaat het gehele DARPA 'Revolutionary Prosthetics' project van Kuiken et al. voor zover ik weet ook gewoon uit van andere sensoren (e.g., geimplanteerde electrode arrays) dan alleen sEMG met TMR.

[Dobbelstein]

Squids gaan tot een gevoeligheid van 1 femto tesla, dat is een factor 1000 gevoeliger. De vraag is of je afwijkende responsen wilt analyseren of dat je toepassing zoekt in brain interfacing. De chip is een goede ontwikkeling voor BCI maar (nog) te doof voor research toepassingen.

[Verwijderd]

Met als nadeel dat je de squid cryogeen moet koelen. Met deze sensor hoeft dat niet. Wat natuurlijk een groot voor deel is van deze sensor

[papichulo]

Voor het opsporen van tinnitus kan dit apparaat misschien wel een voordeel hebben tov een EEG scan.

[almar]

Zo te horen klinkt het als een standaard EEG apparaatje waarbij je in een magnetisch afgeschermde kamer moet zitten. Uit dit artikel is mij in ieder geval zeker niet meteen duidelijk wat de meerwaarde hiervan is.

[ioor]

uh..ik denk zoals in de tekst staat?
Kleiner (geen grote helmen meer), goedkoper te maken waardoor het overal aan te schaffen ( en dus te gebruiken) is?

...en in de toekomst makkelijker inzetbaar dan zo'n helm bijv......

[invoil]

Op dit moment worden ook al geen grote helmen meer gebruikt, het voordeel hiervan is ten opzicht van een gewoon EEG is dat men in de toekomst niet alleen oppervlakte signalen kan meten maar ook activiteit dieper gelegen in de hersenen. Aangezien een spanning alleen elektronen zijn en een magnetisch veld veel meer is, hier kan met bepaalde berekening de oorsprong(activiteit) van het magnetisch veld berekend worden.

[Xthemes.us]

De onderzoekers hebben hun mini-chip al getest op proefpersonen, waarbij het nodig is om de experimenten in een afgeschermde kamer uit te voeren: het magnetische veld van de aarde verstoort anders de metingen van de gevoelige sensoren.

Dus nu heb je een complete kamer nodig in plaats van enkel een helm? Wat is nou precies een afgeschermde kamer en hoeveel kost dat? Aan het begin van het artikel dacht ik nog, tof dan kan in de ambulance al worden gekeken of er mogelijk hersenschade is opgelopen maar zal dus wel niet zo zijn.

[Damic]

3 dubbele kooi van Faraday?

[Sissors]

Jammer genoeg niet. Een gewone kooi van Faraday stopt geen laagfrequente magneetvelden, zoals het aardmagneetveld.

Om dat te stoppen heb je wel wat duurdere materialen nodig. Het is zeker niet onmogelijk, ze hebben het immers ook zelf gemaakt, maar het maakt het wel een stukje irrelevanter dat ze iets hebben gemaakt dat goedkoop geproduceert wordt.

Lijkt mij ook dat je het aardmagneetveld eruit moet kunnen filteren, tenzij de sensoren gesatureerd raken erdoor. Dan lijkt het mij maar beperkt nuttig.

[Durandal]

Dat kost ongeveer 10 rollen aluminiumfolie en een rolletje alu-tape.

[Verwijderd]

Dit is natuurlijk een vooruitgang voor de medische wereld.
Maar over dat laatste, dat verlamden robot-ledematen kunnen besturen met hun hersenen, is ook een hele stap! Misschien kan Microsoft dat wel in hun Kinect gebruiken

[ioor]

Hele mooie uitvinding, en ik denk dat er heel veel toepassingen voor te bedenken zijn voor minder valide mensen
Maar op 1 of andere manier doet me dit aan BORG denken...

[Verwijderd]

Ik heb bedenkingen. Hoewel het volstrekt ethisch is in onze samenleving om zieke mensen te helpen, zit er ook een duister kantje aan dit soort onderzoek. Men is hard bezig om steeds meer te leren over onze hersens met als doel onder andere de aansturing van militaire drones.
Maar ik heb ook al wel artilkelen gelezen over het kunnen aantonen waaraan iemand denkt. Dat iemand bijvoorbeeld een plaatje bekijkt en dat men dan kan uitlezen wat dat plaatje is. Op dit moment is de resolutie uiterst laag. Maar zo begint het altijd.

Op termijn kan dit soort onderzoek betekenen dat men een soort gedachten scanners gebruikt bijvoorbeeld bij justitieel onderzoek. Stel je bent onschuldig maar hebt de schijn tegen, Je zit in de berhoorkamer. Er is een machine op je hoofd gericht die je gedachten uitlezen kan. Je bent kwaad want je bent onschuldig en je zit vast. Je kan die agent verdomme wel vermoorden, zo pisnijdig ben je.

Voor de rechter blijkt die een uitdraai te hebben waarop staat dat je agressieve neigingen had. Op zich niet genoeg bewijs. Maar het werkt wel mee aan een beeldvorming.

Er zullen er zijn die zeggen dat dit vb science fiction is. Maar als je een LCD scherm mee zou nemen in je tijdmachientje naar 1970 dan hadden ze dat ook gezegd van LCD technologie.

Wie of wat garandeert mij dat er geen toepassingen worden ontwikkelt die mijn privacy aantasten? En als die garantie er niet is, waarom dan niet? En zou die er wel moeten komen?

Wat kunnen ze nog meer bedenken, scanners voordat je in je vliegtuig mag stappen? Een scan bij een nieuw paspoort, opgeslagen in een centrale database zodat ze je gedachten profiel kunnen analyseren voer tijd om te zien of je 'radicaliseert'? Wel ik kan je garanderen dat ze dat bij mij zullen kunnen aantonen!

En op dit punt zullen er zijn die stellen dat zij het niet zo ver laten komen, dat ze dan in opstand komen. Maar eerlijk, hebben die mensen ook werkelijk gedemonstreerd tegen de vingerafdruk in het paspoort? Het zal weer een geval van de glijdende schaal zijn, iedere keer pik je weer wat meer.

Dus, wat moeten we met deze technologie. Zal het misbruik en de implementatie samenleving-breed niet voor veel meer mensen een nadeel betekenen in termen van privacy en vrijheid en wie weet wat nog meer dan dat het een voordeel zal zijn voor mensen met robot ledematen?

Ik houd liever mijn gedachten voor mezelf i.p.v. een soort voorportaal van een Minority Report hel in te gaan. Technologisten vinden dit natuurlijk allemaal prachtig. Maar ik vraag me af of wij als soort ethisch ver genoeg gevorderd zijn om geen misbruik te maken van dit soort technologie. Als je kijkt naar de ICT, dan loopt beveiliging zwaar achter bij de invoering en gebruik van allerlei zaken. De wetten zijn niet altijd adequaat, er zijn grijze gebieden, rechters snappen er niets van, bedrijven geven de maatschappij de middelvinger als het gaat om beveiliging en profilering etc. Gaan we een dergelijke situatie ook krijgen als men op de markt komt met het equivalent van een 3d-bril voor gaming?

Ik zie het zo voor me. Gebruik je Kinect samen met deze helm en je gedachten besturen het spel. In de voorwaardenstaat dat M$ t.b.v. het verbeteren van het product je camera mag gebruiken om je lichaamstaal uit te lezen, daarvan een profiel te maken, dus zal zo'n voorwaarde ook wel met zo'n scan-helm ingezet worden. Dus zal M$ je gedachten patronen profileren? SF? Laat kinect zien aan iemand in 1980 en die lacht je in je gezicht uit.
Want uiteraard wordt een dergelijke scan-helm eerst geleverd t.b.v. gaming. Dat gewent mensen aan het idee van hersen scanning. Uiteraard gebruikt het leger die tech dan al geruime tijd evenals geheime diensten en op checpoints overal in de maatschappij waar controle nodig wordt geacht.

Maar goed, wetenschappers mag niets in de weg worden gelegd en normale mensen zoals jij en ik moeten de gevolgen leren verduren. Waar echter is mijn stem in het comité aan de universiteit dat keurt of een onderzoek ethisch verantwoord is? Waar is mijn inspraak?

[Dobbelstein]

Ik denk (achteraf) dat magnetometrie voor huis tuin en keuken gebruik (internetten, communiceren m.b.v. BCI) niet gaat werken omdat je je moet opsluiten in een kooi van Faraday en Mu- metaal voor magnetische interferentie (zoals anderen hier al meldden). Het schudden van je hoofd is al voldoende om inductie van het aardmagnetisch veld te krijgen. Voor ziekenhuisgebruik is het voor snelle diagnose goed bruikbaar en kan het m.i. bij verdere ontwikkeling een goedkope oplossing zijn bij diagnose van hersenletsel, (evoked potentials) en slaaponderzoek omdat je van die vervelende geleidende pasta af bent.

[Reactie gewijzigd door Dobbelstein op 22 juli 2024 14:00]