Hersenchips geven patiënten hun spraak terug en bedrijven toegang tot hun brein

Hersenimplantaten kunnen mensen weer laten praten, maar tegen welke prijs?

Vier jaar geleden ging een video van Neuralink, waarin een aap met zijn hersenen Pong speelde, de hele wereld over. Voor het grote publiek was dat de eerste kennismaking met de wereld van braincomputerinterfaces (bci’s): hersenimplantaten waarmee mensen (of dieren) een computer kunnen bedienen. Naast gamen kunnen dergelijke chips bijvoorbeeld ook worden gebruikt om verlamde mensen met hun gedachten een exoskelet te laten bedienen of via text-to-speech te praten.

Hoewel er al jaren wordt geëxperimenteerd met hersenimplantaten, werden vooral de ontwikkelingen van Neuralink op de voet gevolgd. Vorig jaar implanteerde het bedrijf voor het eerst een chip in een menselijke patiënt, die daarna liet zien hoe hij op de computer kon schaken en urenlang Civilization kon spelen.

Sindsdien verschijnt het ene na het andere bericht over bci's. Zo bleek eerder dit jaar dat Apple iPhones bedienbaar wil maken met bci's en het bedrijf daarom een samenwerking is gestart met Synchron, een andere Amerikaanse fabrikant van hersenimplantaten. Ook de start-up Starfish Neuroscience van Valve-oprichter Gabe Newell zegt binnenkort zijn eerste hersenimplantaat te willen voltooien, al duurt het naar verwachting nog wel even voordat het bedrijf een bci heeft gemaakt die daadwerkelijk geïmplanteerd kan worden.

De ontwikkelingen vinden niet alleen in de Verenigde Staten plaats; ook in China lopen er sinds dit jaar mensen rond met permanente hersenchips. De ontwikkeling van bci's lijkt dus hard te gaan, maar het klinkt tegelijkertijd ook riskant om een bedrijf 'toegang' te geven tot je brein. Om te weten hoe het er nu voorstaat met de ontwikkeling van bci's en hoe serieus we dergelijke zorgen moeten nemen, sprak Tweakers met Jordy Thielen. Hij onderzoekt bci's aan het Donders Instituut en de Radboud Universiteit en werkt zelf ook aan methoden om dergelijke systemen te verbeteren.

Invasief en niet-invasief

Om te beginnen is het handig om te weten dat braincomputerinterfaces onderling sterk van elkaar kunnen verschillen. In brede zin maakt een bci gebruik van een opnameapparaat dat hersenactiviteit meet, waarna die activiteit wordt 'gedecodeerd' met machinelearning en die gegevens tot slot worden vertaald in een soort output, bijvoorbeeld door een muiscursor te laten bewegen. De verschillende manieren om hersensignalen te meten zijn grofweg in te delen in twee categorieën: invasief en niet-invasief. Voor de eerste is een operatie nodig, voor de tweede niet.

Binnen die categorieën zijn er echter ook verschillende meetmethoden. De meestgebruikte niet-invasieve technologie voor bci's is volgens Thielen elektro-encefalografie (eeg). Daarbij wordt de elektrische activiteit van het brein gemeten door een muts op het hoofd van de gebruiker te plaatsen met vaak 32 of 64 elektrodes, die van de huid worden gescheiden met een laagje geleidende gel. Welke van deze elektrodes wordt gebruikt, is afhankelijk van welke hersenactiviteit er gemeten moet worden. Als wetenschappers bijvoorbeeld willen uitlezen welke spieren – zoals armen, benen of de tong – de persoon wil gebruiken, worden de elektrodes boven de motorische cortex gebruikt. Wetenschappers kunnen de hersenactiviteit in dit hersengebied relatief eenvoudig uitlezen om te bepalen of iemand bijvoorbeeld zijn arm wil bewegen. Bij eeg wordt de hersenactiviteit minstens iedere milliseconde gemeten.

Het grootste nadeel van dergelijke niet-invasieve bci’s is echter dat de ruimtelijke resolutie beperkt is. Dat wil zeggen dat het relatief onduidelijk is waar in de hersenen de gemeten activiteit precies vandaan komt, omdat de elektrodes op de schedel signalen oppikken van grote groepen neuronen tegelijk. De elektrische signalen verspreiden zich ook makkelijk, waardoor een elektrode achter op het hoofd ook activiteit van voor op het hoofd meet.

Dat betekent dat een niet-invasieve bci bijvoorbeeld wel kan detecteren of iemand zijn linker- of rechterarm wil bewegen, aangezien de signalen voor beide armen relatief ver uit elkaar liggen (respectievelijk aan de rechter- en linkerkant van de hersenen), maar niet specifiek welke vingers, omdat die signalen juist dicht bij elkaar liggen in de motorische cortex.

Jordy Thielen met patiënt met elektrodemuts — Jordy Thielen zet een elektrodemuts op bij een proefpersoon. Bron: YouTube

Kans op infecties

Naast niet-invasieve bci's wordt er ook al enige tijd geëxperimenteerd met invasieve hersenchips. Die worden door de ingrijpende aard sporadischer ingezet, aangezien ze op of zelfs diep in het brein geïmplanteerd worden door een gaatje te boren in de schedel. De implantaten worden bijvoorbeeld met tientallen tegelijk op een 'Utah-array' gezet: een gridje zo groot als het topje van een vinger. Met deze technologie is de ruimtelijke resolutie veel hoger dan bij eeg, aangezien hiermee de activiteit van kleine groepen of zelfs individuele neuronen gemeten kan worden.

Doordat ze dieper in de hersenen liggen, is het gebied waarvan ze hersenactiviteit kunnen registreren echter ook kleiner. Om dat tegen te gaan, moeten er eigenlijk een hele hoop Utah-arrays overal in de hersenen worden geplaatst. Dat is volgens Thielen nog niet realistisch, waardoor de dekking van invasieve bci’s vooralsnog een stuk lager is dan bij niet-invasieve alternatieven.

Daarnaast is het laten plaatsen van implantaten in je hersenen een stuk riskanter dan simpelweg een elektrodemuts opzetten. Volgens Thielen is het uitvoeren van de operatie zelf niet per se heel gevaarlijk, maar is de rappe degradatie van de implantaten het voornaamste probleem. Hersenen vormen rondom onbekende materialen, zoals implantaten, een soort littekenweefsel, wat de signaalkwaliteit van de elektrodes en dus de werking van de bci geleidelijk kan verslechteren. Een ander probleem is dat de meeste invasieve bci’s nog niet draadloos werken, dus alle elektrodes zitten aan elkaar vast met tientallen dunne draadjes. Die draden lopen vanuit de hersenen naar buiten de schedel en op die plekken ontstaat er een verhoogde kans op infecties.

Een Utah-array. Bron: Blackrock Neurotech

Hersensignalen vertalen

Nadat de hersensignalen zijn gemeten, moeten ze worden omgezet in commando’s, zoals het typen van een letter. Om dat mogelijk te maken, moeten patiënten eerst een 'kalibratiesessie' ondergaan. De hersenen van mensen steken namelijk allemaal net wat anders in elkaar. Het precieze gedrag van de hersenen van één persoon kan zelfs van dag tot dag verschillen.

Om te weten welk gedeelte van het brein precies oplicht als iemand bijvoorbeeld bepaalde woorden wil zeggen of zijn linkerarm omhoog wil bewegen, worden enkele testen uitgevoerd. Daarbij moet de gebruiker bijvoorbeeld proberen deze woorden uit te spreken. De bijbehorende motorische hersenactiviteit wordt gelabeld en gebruikt om een machinelearningmodel te trainen dat leert om de hersensignalen te koppelen aan die commando’s.

Die commando’s zijn bij niet-invasieve bci’s redelijk basaal, stelt Thielen. Het is bijvoorbeeld mogelijk om een rolstoel naar links of rechts te laten bewegen, afhankelijk van of de gebruiker denkt aan het bewegen van zijn linker- of rechterarm. De commando’s kunnen ook iets totaal anders zijn. Zo kan 'denken aan het bewegen van de linkerarm' ook worden vertaald naar het openen van een deur. Daardoor zijn er ook bij een klein aantal decodeerbare hersensignalen redelijk wat commando’s mogelijk.

BCI flitspatronen — Onderzoek van Jordy Thielen: een patiënt gebruikt een niet-invasieve bci en kijkt naar letters op een scherm, waarbij elke letter met een uniek patroon knippert. Ieder patroon wekt een specifiek hersensignaal op. Wetenschappers kunnen dit signaal uit de eeg uitlezen en zo bepalen naar welk flitspatroon de patiënt kijkt en op die manier voor iemand een letter typen. Bron: YouTube

Oude wijn

Een ander commando dat volgens Thielen mogelijk is met niet-invasieve bci’s, is het bedienen van een muiscursor. De onderzoeker stelt namelijk dat dit een van de simpelste toepassingen is van braincomputerinterfaces. Dat maakt het volgens hem des te ironisch dat bedrijven als Neuralink juist zoveel aandacht krijgen als ze laten zien dat hun patiënten kunnen schaken of rts-games kunnen spelen met hun invasieve hersenimplantaat. Dat kan volgens Thielen namelijk al vele jaren zeer accuraat, zonder dat er een hele hersenoperatie nodig is.

Toch is het volgens Thielen niet zo dat Neuralink enkel oude wijn in nieuwe zakken probeert te slijten. Het bedrijf heeft de bci-technologie op bepaalde punten wel verfijnd. Neuralink gebruikt bijvoorbeeld meer elektrodes dan eerdere invasieve bci’s. Eén N1-chip bestaat uit meer dan duizend elektrodes, wat veel meer is dan de gebruikelijke Utah-arrays. Ook kan de benodigde hersenoperatie door een robotarm worden uitgevoerd, zodat het daadwerkelijk plaatsen van de implantaten eenvoudiger wordt.

Ook werken N1-chips draadloos, waardoor het risico op infecties wordt verkleind. Neuralink zegt daarnaast gebruik te maken van een robuust soort materiaal, waardoor de signalen minder snel moeten verslechteren. Toch werkt de chip niet perfect. Enkele maanden na de operatie van zijn eerste patiënt functioneerde nog maar circa 15 procent van de duizend geïmplanteerde elektrodes.

Decoderen van spraak

Aan de ‘decodingkant’ (dus het omzetten van hersensignalen naar commando’s) heeft Neuralink volgens Thielen nog niets nieuws bereikt. Dat wil echter niet zeggen dat er de laatste jaren op dit gebied geen grote stappen zijn geweest. Vooral bij spraakdecodering volgen de ontwikkelingen elkaar snel op, zegt de onderzoeker. Daarbij worden hersensignalen van gebruikers met een invasieve bci omgezet in spraak, in plaats van dat hier spieractiviteit voor wordt gebruikt.

Bij een experiment van de Universiteit Maastricht uit 2021 gaven de onderzoekers aan dat ze een klein vocabulair van 250 woorden betrouwbaar konden decoderen uit de hersenactiviteit. In 2023 werd er een Amerikaans onderzoek uitgevoerd naar soortgelijke brain-to-textmodellen met een veel groter aantal woorden (125.000 woorden). Daarbij werd een foutmarge van 23 procent gemeld.

Bij dit onderzoek wist het model 62 woorden per minuut te ontcijferen, die vervolgens via een text-to-speechmodel met de stem van de gebruiker werden voorgelezen. Dat komt al enigszins in de buurt van een regulier spraaktempo (160 woorden per minuut). Onlangs lukte het dezelfde groep onderzoekers ook om bij het decoderen van de hersenactiviteit de bedoelde intonaties mee te nemen, waardoor de patiënt zelfs simpele melodietjes kon ‘zingen’. Wel leunen al deze methodes ook nog deels op daadwerkelijke spraakklanken (gemompel), in plaats van enkel op hersenactiviteit.

Beeldherkenning en beweging

Een soortgelijke methode wordt ook getest voor beeldherkenning, maar op dit gebied is er nog veel werk aan de winkel. Kunstmatige neurale netwerken kunnen weliswaar zeer realistische beelden creëren, maar om beelden te maken op basis van hersenactiviteit, moet de bci de visuele cortex aan de achterkant van de hersenen kunnen ontcijferen. Dit is getest door een groep proefpersonen foto's van personen te tonen en ze later te vragen de gezichten voor de geest te halen, terwijl hun hersenactiviteit werd gemeten met een fmri-scanner. De hersenactiviteit die daarbij ontstond, is door een deeplearningmodel omgezet in een embedding, die vervolgens is gebruikt om met een beeldgenerator gezichtsafbeeldingen te maken. Vooral eigenschappen zoals het geslacht, de huidskleur en haarstijl konden goed gereconstrueerd worden, terwijl overige gezichtskenmerken vaak niet overeenkwamen.

Gezichten reconstrueren op basis van hersenactiviteit — Links staan de gepresenteerde afbeeldingen van gezichten die in de kolommen S1 en S2 zijn gereconstrueerd door beeldmodellen op basis van hersenactiviteit.

Ook het omzetten van hersensignalen naar beweging werkt nog niet zo goed, zegt Thielen. Er wordt wel onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om verlamde personen bijvoorbeeld via een exoskelet bewegingen te laten uitvoeren voor rehabilitatie, maar dat lukt vooralsnog alleen in grote lijnen, zoals het optillen of laten zakken van een arm. Voor subtielere bewegingen, zoals het vastpakken van voorwerpen, biedt zelfs een invasieve bci momenteel nog geen uitkomst.

Dat komt doordat daar 'proprioceptie' voor nodig is: weten hoe iets voelt. Om dat te kunnen, moet een bci feedback aan de gebruiker geven. Dat is alleen mogelijk als het implantaat niet alleen van de hersenen kan lezen, maar ook naar het brein kan schrijven. De bci kan dan bijvoorbeeld een signaal terugkoppelen om aan te geven dat de gebruiker meer of juist minder grip moet zetten bij het vastpakken van een koffiekopje.

Riskant

Neuralink heeft al een schrijfmogelijkheid toegevoegd aan zijn implantaten. De elektrodes van N1-chips kunnen dus elektrische stimulatie geven, al vraagt Thielen zich af of dat wel gewenst is. Het bedrijf krijgt daardoor namelijk ook veel macht over zijn patiënten. Als extreem voorbeeld van het potentiële gevaar van zulke systemen noemt Thielen de Black Mirror-aflevering Common People, waarbij iemand afhankelijk wordt gemaakt van een soort breininterface. Daarbij moet de gebruiker een maandelijks abonnement afsluiten. Bij het goedkoopste abonnement wordt de gebruiker 'beïnvloed' om onbewust reclame te maken voor producten.

Overigens schuilt er ook gevaar in bci’s die enkel kunnen lezen, bijvoorbeeld op het gebied van privacy. Hoewel het nu nog verre van mogelijk is om gedachten te decoderen, kan dat volgens Thielen in de toekomst wellicht wel. Over een aantal jaar kunnen hersensignalen mogelijk ook gebruikt worden om persoonlijke eigenschappen te achterhalen. Bci-aanbieders krijgen dan een goudmijn aan zeer gevoelige persoonlijke data in handen.

Dergelijke ontwikkelingen spelen zich momenteel voornamelijk af in de Verenigde Staten en Azië. In de Europese Unie is de regelgeving strikter, waardoor er hier nog weinig mensen rondlopen met een permanente, invasieve bci. Voordat er in de EU hersenimplantaten worden gebruikt om mensen weer te laten praten en te laten lopen, zijn we mogelijk jaren verder. Thielen verwacht dat Brussel eerst nog goed de consequenties van deze transformatieve technologie gaat afwegen.

_{Redactie: Kevin Krikhaar Eindredactie: Monique van den Boomen}

IT-banen

Reacties (26)

FrostHex 10 augustus 2025 06:37

Van dagen wachten op een brief, naar de fax, naar e-mail, naar sms, naar milliseconden via WhatsApp…elke stap maakte ons sneller verbonden. Neuralink koppelt ze direct, waardoor er grote kans is dat de mensheid tot één collectieve brein samensmelt…er bestaan dan simpelweg geen barriers meer tussen mensen.