Nederlanders laten patiënten woorden spellen via hersenscanner

Nederlandse onderzoekers zijn erin geslaagd om een spellingcomputer te ontwikkelen die woorden kan spellen door hersenactiviteit te meten. Zo kunnen patiënten die door een verlamming niet kunnen spreken, toch communiceren.

De spellingcomputer is voornamelijk handig voor patiënten die op geen enkele wijze meer signalen aan de buitenwereld kunnen overbrengen, zo blijkt uit een recent openbaar gemaakte publicatie. Een voorbeeld hiervan is het locked-in-syndroom, waarbij het lijkt alsof patiënten in een coma liggen, terwijl hun hersenactiviteit en gedachten veelal onaangetast blijven. De onderzoekers, werkzaam aan de Universiteit Maastricht, gebruikten een hersenscanner en een zelfontwikkelde techniek om letters aan de hersenen van dergelijke patiënten te kunnen ontfutselen.

Er wordt daarbij gebruikgemaakt van een fmri-scanner, die vaak ingezet wordt om de hersenactiviteit bij mensen te meten. Omdat deze normaal gesproken alleen, door het meten van veranderingen in de bloedcirculatie, kan meten op welke plaatsen in de hersenen de activiteit het grootst is, moesten de wetenschappers zelf een spellingmechanisme ontwikkelen.

Door middel van het koppelen van letters aan specifieke mentale opdrachten konden letters uit hersenactiviteit worden gedecodeerd. Een voorbeeld hiervan is het koppelen van de letter 'e' aan een mentale opdracht waarbij de proefpersoon zich iets moest inbeelden waarbij beweging noodzakelijk is. Ook het aantal seconden van inbeelding is hierbij belangrijk. Mocht een patiënt deze letter willen spellen, dan zorgt de bijbehorende mentale opdracht voor hersenactiviteit in het gebied dat voor beweging verantwoordelijk is, waarbij de spellingcomputer het gegenereerde 'hersenpatroon' herkent en koppelt aan de daarbij horende letter.

Volgens de wetenschappers kost het weinig tijd om patiënten aan het door hun ontwikkelde systeem te laten wennen. Daardoor hoeft er niet lange tijd gekalibreerd te worden alvorens mensen met de spellingcomputer aan de slag kunnen. Omdat gebruikers een kaart te zien krijgen waarbij letters met bijbehorende opdracht worden getoond, hoeven zij tevens zelf niets te onthouden. Het nadeel van het systeem is dat het lang duurt voordat een letter gedecodeerd is.

De techniek is een voorbeeld van het gebruik van hersenactiviteit om een bepaalde output te genereren. Omdat wetenschappers een steeds gedetailleerder beeld krijgen van de activiteit van de hersenen, kunnen gedachten ingezet worden om computers te besturen. Naast spellingcomputers kunnen bijvoorbeeld robotledematen worden aangestuurd. Op termijn moeten dergelijke technieken ervoor zorgen dat mensen met een verlamming of andere motorische beperkingen hun hersenen kunnen gebruiken om de handicap te compenseren.

Reacties (38)

‘EEG en MRI zijn in mijn ogen geen concurrenten van elkaar’, vervolgt Van de Laar. ‘EEG is mogelijk met apparatuur die voor minder dan honderd euro te fabriceren is. Daarnaast is het klein, is draadloos mogelijk en zijn metalen protheses, tatoeages en piercings geen probleem. Voor MRI geldt eigenlijk het omgekeerde: het is een duur ding, totaal niet draagbaar en alle andere genoemde voordelen voor EEG zijn hier nadelen.’

Ook in Maastricht denken ze dat de twee methoden elkaar niet in de weg zullen zitten. Er zijn namelijk patiënten die niet via een EEG kunnen communiceren. ‘Bijvoorbeeld iemand die een groot letsel aan zijn schedel heeft gehad’, legt Sorger uit. ‘Dat kan het EEG-signaal verstoren. En bij sommigen kan je het met een EEG gewoon niet goed aflezen. Dat noemen we BCI-illiteracy. BCI staat voor Brain Computer Interface. Hoe dat komt weten we niet, dat blijft een raadsel.’

‘We richten ons op patiënten die geen communicatiemogelijkheden hebben’, vertelt Sorger. ‘Als je de motorische mogelijkheid hebt om bijvoorbeeld zo’n oogscanner te gebruiken, dat raad ik dat ook echt aan. Dat is veel eenvoudiger, en veel goedkoper dan een MRI-scanner. Stephen Hawking bijvoorbeeld, die kan zijn wang nog een klein beetje bewegen, maar na een tijdje kan dat vermoeiend worden.Het is dus handig om nog een alternatief te hebben dat gebaseerd is op hersenactiviteit.’

Beiden hebben toekomst
Sorger denkt dat een krachtigere MRI-scanner betere resultaten met zich meebrengt. ‘Hoe nauwkeuriger zo’n scanner is, hoe makkelijker het is om twee hersensignalen te onderscheiden. Je kunt sneller meten, en misschien zelfs aan elke letter een hersenactiviteitspatroon toewijzen.’ Tot nu toe deed Sorger alleen proeven op proefpersonen. Ze hoopt in de nabije toekomst ook met patiënten te kunnen werken.

Van de Laar houdt het liever bij zijn EEG, hoewel hij een MRI-scanner onmisbaar vindt. ‘EEG heeft meer toekomst als je kijkt naar toepassingen, maar het combineren de kennis die we opdoen met EEG en MRI geeft ons veel meer informatie over wat er nou precies in de hersenen gebeurt. In die zin is MRI onmisbaar als onderzoeksinstrument.’

Van de Laar concludeert: ‘Zo snel als een toetsenbord en muis zullen ze beiden niet worden, daarvoor zullen we echt naar geïmplanteerde elektroden moeten. Maar dat brengt natuurlijk weer heel andere problemen met zich mee.’

[Reactie gewijzigd door d1zzje op 5 juli 2012 23:19]

Op zich een mooie ontwikkeling! Ware het niet dat:
- mensen die 'locked in' zijn waarschijnlijk geen input van de buitenwereld krijgen, hoe ga je hen dan leren met dit systeem te werken? En hoe ga je ze een antwoord terug kunnen geven?
- Er wordt een fMRI scanner gebruikt, dat is een apparaat van 1 miljoen (of iets in die richting) die bovendien veel energie gebruikt, niet draagbaar is, waar een afgeschermde kamer voor nodig is en waar geen metaal bij in de buurt mag zijn. Dat is dus nog verre van en werkbare oplossing momenteel.

Desalniettemin: +1 voor de onderzoekers, wellicht dat de overige horden nog eens genomen worden en dan kan deze techniek wel toegepast worden uiteraard.

mensen die 'locked in' zijn waarschijnlijk geen input van de buitenwereld krijgen, hoe ga je hen dan leren met dit systeem te werken? En hoe ga je ze een antwoord terug kunnen geven?

Nee hoor, het heet juist locked-in omdat ze geen "output" kunnen geven. Als je geen input krijgt dan lig je gewoon in coma.

Zie ook:

"De patiënt kan niet spreken en kan zich ten gevolge van tetraplegie geheel niet bewegen. Hij kan echter wel geluiden waarnemen en als de ogen zijn geopend kan hij ook zien."

http://nl.wikipedia.org/wiki/Locked-in-syndroom

Bij sommige patiënten is het inderdaad het geval dat het contact niet optimaal verloopt, maar: "Patients retain vertical eye movement, facilitating non-verbal communication."
Ook hebben ze soms nog (deels) controle over de oogleden. Communicatie verloopt dan via het AEIOU alphabet board.

"The assistant calls out the colours and the patient signals the required colour by an upward eye movement. The assistant then sequentially calls out the letters on that line. The chosen letters are written down to formulate a sentence, question, or statement."

Bron:
BMJ 2005;330:406
http://www.bmj.com/content/330/7488/406.full

Edit: extra info

[Reactie gewijzigd door benno001 op 5 juli 2012 17:50]

is dit niet nog heel erg langzaam en moeilijk om hiermee echt goed te kunnen communiceeren??

maar het is toch goed dat er aan zulke dingen wordt gewerkt voor in de (verre) toekomst!

Je kunt uiteraard niet meteen alles hebben. Er wordt aan gewerkt, en hopelijk zijn we dan over een aantal jaren ver genoeg om het bruikbaar te maken.

Dan kunnen ze Le scaphandre et le papillon een stuk inkorten

is dit niet nog heel erg langzaam en moeilijk om hiermee echt goed te kunnen communiceeren?

't Mooie van hersenen is dat ze zichzelf nogal goed kunnen aanpassen. Tientallen van dit soort experimenten hebben uitgewezen dat, hoewel er men in het begin nog moeite voor moet doen, het na oefening gewoon een tweede natuur wordt. Dat zal hier dus ook wel gelden - dan denk je dus bijvoorbeeld niet meer specifek aan het optillen van je armen om de letter 'e' te vormen, maar denk je gewoon 'e' wat zich manifesteert in de juiste patronen in de hersenen.

Eigenlijk doe je zoiets al van kinds af aan als je je motoriek leert, lopen en praten etc. En als je ouder wordt: auto rijden, blind typen, ...

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 5 juli 2012 17:20]

Gewoon het Aap, Noot, Mies gebruiken.

Hij bedoelt: Voor A, denk aan Aap, voor N, denk aan Noot

Is echter niet bruikbaar lijkt me, Om patronen te kunnen onderscheiden moet je voor verschillende letters verschillende delen van je hersenen aan het werk zetten. Dus waar je voor e aan beweging moet denken, zou je bijvoorbeeld voor een k aan iets dat geluid maakt moeten denken

Kan je zo ook dieren laten communiceren?

misschien voor dolfijnen, maar andere dieren denk ik niet.
apen kunnen geloof ik al redelijk gebarentaal leren, dus dan kan je al direct communiceren.
veel dieren denken op een niveau zo anders als dat van ons dat het niet in ze opkomt dat ze met ons kunnen communiceren, en dan kan je ze ook niet leren om dit systeem te gebruiken.
en de overige dieren die kunnen net zo makkelijk communiceren door bv. plaatjes aan te wijzen, of simpele acties/gebaren uit te voeren(bv. een hond die een riem pakt: "ik wil uitgelaten worden")
wat net zo veel werk is om aan te leren, maar geen peperdure apparatuur vereist.

Een voorbeeld hiervan is het koppelen van de letter 'e' aan een mentale opdracht waarbij de proefpersoon zich iets moest inbeelden waarbij beweging noodzakelijk is. Ook het aantal seconden van inbeelding is hierbij belangrijk.

Erg bizar. Als de nauwkeurigheid van die scan-apparatuur beter wordt kan je dus bij 1 persoon waarschijnlijk verschil zien tussen het inbeelden van een kopje koffie of thee. Als je daar een enorme database met software op aansluit die hersenscans van verschillende personen analyseert en allerlei verbanden legt moet het mogelijk zijn een systeem te bouwen dat min of meer gedachten kan lezen en daar ook beter in wordt naarmate de ervaring toeneemt. Tenzij hersenactiviteit bij iedereen compleet uniek is en altijd onvoorspelbaar blijft.

Dat deze techniek ''gedachten leest'' is een veelvoorkomend misverstand. Het is een vorm van gebarentaal (zonder handen!), berust op een afspraak tussen zender en ontvanger: Jij zet hersenpatroon X in werking, ik koppel het aan symbool A. Een handige techniek, die overigens niet nieuw is.

Maar een kop koffie, thee of chocolademelk heeft opzich geen heus equivalent in hersenactiveit: niet nu, en ook niet in de verre toekomst. Al doe je nog zo je best een Starbucks beker te verbeelden, het enige wat je krijgt, is ruis.

Waar baseer je dat op? Niet dat ik neurologie o.i.d. gestudeerd heb maar het lijkt me voor de hand liggen dat wanneer ik me een kop koffie inbeeld en een minuut later een kop thee er wel degelijk verschil te zien is in de data die de waarnemingen hebben opgeleverd. Op dit moment worden mogelijkheden nog teveel beperkt door de grenzen van de meetapparatuur en wat men er tot nu toe over weet, maar zomaar zeggen dat dat nooit kan is wel erg makkelijk. Ik denk dat je je erin vergist wat computers tegenwoordig kunnen met een grote berg data. Kijk naar Google. Als je tijdens je bezigheden een paar keer naar iets zoekt worden de verbanden door Google zelf (ongevraagd) gelegd. Soms gaat dat zo ver dat ik het idee krijg dat ze al bijna volledig weten wat ik op dat moment aan het doen ben.

Wat een mooie vooruitgang!
Ik ben zelf werkzaam in de zorg en dit is nou echt iets wat nuttig kan zijn! Nu nog een beetje betaalbaar voor ziekenhuizen en instellingen en we kunnen de zorg perfect afstellen op de cliënt.
Dan heb ik het nog niet eens gehad over de wensen die een persoon zou willen.

Mag hier bij worden aangetekend dat (f) mri scanners enorme apparaten zijn en zeer gespecialiseerd personeel nodig heeft. Dit is een zeer leuke proof of concept, maar het zal decenia duren voordat dit kan worden gebruikt om in dagelijkse praktijk een rol van betekenis tekunnen spelen voor de hierbovengenoemde doelgroepen.

wat een technologisch vernuft!
Dit kan in de toekomst na verdere doorontwikkelingen een uitkomst bieden voor mensen die het nodig zijn..

Heb hier zelf ook aan gewerkt, erg mooi project. Gaat nog veel mee gebeuren in de toekomst:)

@Timme.be. Momenteel worden er mentale opdrachten gebruikt die aangeleerd moeten worden. Dit zie ik dieren niet zo snel doen..

@HEY_DUDE. Dat klopt, maar er zijn ook andere technieken die met dit soort resultaten verder kunnen komen (denk aan fNIRS en EEG, of een combinatie).

@benno001. Er zijn meerdere vormen van Locked-in syndrom. Er komen ook patienten voor waarbij ook de oogleden niet meer bewust kunnen bewegen. Het enige wat dan overblijft is hersenactiviteit

[Reactie gewijzigd door dZinee op 5 juli 2012 18:05]

@Timme.be. Momenteel worden er mentale opdrachten gebruikt die aangeleerd moeten worden. Dit zie ik dieren niet zo snel doen..

Apen zijn in staat gebarentaal te leren.

Hoe kunnen ze die display zien als ze in een coma zitten?
En als je kan zien kan je toch nog communiceren met je ogen,
ik snap het niet helemaal.

[Reactie gewijzigd door alwinuzz op 5 juli 2012 17:20]

Een voorbeeld hiervan is het locked-in-syndroom, waarbij het lijkt alsof patiënten in een coma liggen, terwijl hun hersenactiviteit en gedachten veelal onaangetast blijven.

Ze liggen dus niet in een coma, maar bevinden zich in een toestand waarbij het lijkt alsof ze in een coma liggen. De ogen pikken dus nog wel signalen op en de hersenen verwerken deze. Op die manier kun je nog communiceren.

Zo hebben wij ook iemand in de regio. Volledig verlamd kan niet via zijn mond praten maarwel via een computers gestuurt iets.. Hij heeft voor de rest geen slangen wat zichtbaar zijn. Wel een electronica chip op zijn hoofd. En de stem komt uit een computer.. Zijn er al meer van dit soort technieken in de praktijk?

Bij het locked-in syndroom kun je zelfs niet bewegen met je ogen. Anders zou je idd met oogbewegingen kunnen communiceren...