Onderzoekers laten apen een rolstoel besturen met hun gedachten

Screw de zelfrijdende auto. Ik voorzie een toekomst waarin we op de bestuurdersstoel gaan zitten, een knop indrukken waardoor de implantaten in onze hersenen met de auto gesynchroniseerd worden, en we het voertuig met onze gedachten kunnen opstarten en besturen. Om naar voren te gaan, hoeven we allemaal maar naar voren te willen gaan, en de muziek waar we zin in hebben wordt automatisch afgespeeld. De auto wordt als het ware een extensie van ons lichaam, waardoor over de weg bewegen net zo natuurlijk voelt als lopen.

Dit klinkt misschien bizar, maar dankzij een team van neurowetenschappers van Duke Health is de werkelijkheid een klein stapje dichter bij dit futuristische toekomstbeeld gebracht. Ze zijn er namelijk in geslaagd om een systeem te creëren waarmee twee apen genaamd M en K door middel van hun gedachten een rolstoel kunnen besturen.

Hoe dit precies in zijn werk gaat wordt detail beschreven in een artikel dat gisteren gepubliceerd is in het wetenschappelijke tijdschrift Scientific Records. Kort samengevat werkt het systeem als volgt: een aap met speciale hersenimplantaten wordt in een robotische rolstoel gezet in een ruimte waar ook een schaal met fruit is. Aangezien apen dol zijn op fruit, wil de aap graag naar de schaal toe, wat gepaard gaat met bepaalde activiteiten in de hersenen. Deze activiteit wordt door de sensoren opgevangen en omgezet naar signalen waarmee de rolstoel bestuurd kan worden, waardoor de aap de stoel doelbewust in de richting van het fruit kan laten bewegen.

Natuurlijk konden de apen dit niet meteen perfect; ze moesten getraind worden om de rolstoel succesvol te kunnen besturen. Deze training bestond uit drie fases: het plaatsen van de sensoren, het koppelen van bepaalde hersensignalen aan bepaalde rolstoelbewegingen, en het leren omgaan met de rolstoel.

De honderden sensoren, elk niet groter dan een haar, werden geplaatst in de premotorcortex en sensorimotorcortex van de apen: de gebieden in de hersenen die gaan over gedrag en beweging. Met deze sensoren konden de activiteiten van maar liefst 300 verschillende individuele neuronen geregistreerd worden.

Toen de sensoren op hun plek zaten, werden de apen eerst passief getraind: de onderzoekers bewogen de rolstoel naar het fruit zonder dat de apen daar zelfs iets voor hoefden te doen, zodat de apen zouden begrijpen dat de rolstoel naar het fruit kan bewegen. Daarnaast brachten de onderzoekers ook de hersenactiviteit van de apen tijdens dit proces in kaart. Op basis hiervan werd een computer zo geprogrammeerd dat specifieke hersensignalen bepaalde rolstoelacties tot gevolg zouden hebben.

De derde fase van de training was het daadwerkelijke trainen van de apen met het omgaan van de rolstoel. De rolstoel kon zowel voor- als achteruit bewegen en afbuigen naar links of rechts, zodat de apen eventuele fouten konden corrigeren. De onderzoekers merkten dat de apen steeds beter werden met de rolstoel naarmate het onderzoek vorderde. Zo kostte het K in de eerste week 43,1 seconden om het fruit te bereiken, en slechts 27,3 seconden in de laatste week. M had iets minder talent (of hield iets minder dan fruit) en ging van 49,1 naar 34,7 seconden.

Daarnaast detecteerden de onderzoekers ook hersensignalen die erop duiden dat de apen zich bewust waren van de verhouding van hun lichaam ten opzichte van het fruit. "Dit laat zien hoe enorm flexibel het brein is, en dat voorwerpen als een rolstoel de ervaring van de relatie die het lichaam met haar omgeving heeft inherent veranderen," zei doctor Miguel Nicolelis, lid van het onderzoeksteam, in een persverklaring.

Het onderzoek van Nicolelis en zijn collega's is niet eerste keer dat apen met hun gedachten een apparaat besturen: er zijn ook succesvolle experimenten geweest met bijvoorbeeld robotarmen en een andere aap. Dit soort systemen vallen onder de noemer 'brain-computer interface' (BCI): technologieën waarbij algoritmes als een medium fungeren tussen hersensignalen en een machine.

De onderzoekers zien grote mogelijkheden voor mensen met extreem zware lichamelijke beperkingen, zoals mensen die volledig immobiel zijn door een ziekte als ALS. "Sommige mensen kunnen niet eens met hun ogen knipperen," zei Nicolelis. "Voor hen zijn rolstoelen die bestuurd worden met andere technologieën dan implantaten niet altijd voldoende – zelfs rolstoelen met EEG (een systeem waarbij hersengolven gemeten worden door elektronen). Ons onderzoek laat zien dat je met hersenimplantaten veel meer controle over een rolstoel hebt dan met technologieën die zonder implantaten werken."

Voor dit soort experimenten met mensen kunnen worden uitgevoerd, willen de onderzoekers echter eerst de huidige technologie verbeteren zodat er nog meer verschillende hersensignalen opgepikt kunnen worden. Het zal dus waarschijnlijk nog even duren voor de eerste implantaten bij mensen ingebracht worden, maar dat met gedachten bestuurbare rolstoelen realiteit gaan worden, lijkt vrijwel zeker.

Vanuit daar is het eigenlijk niet eens zo'n heel grote stap naar de met gedachten bestuurbare auto. Want als er sensoren bestaan die door middel van algoritmen menselijke hersensignalen kunnen omzetten naar rolstoelbewegingen, moet dit ook voor andere voorwerpen en voertuigen gelden. Alles dat we als onderdeel van ons lichaam zouden kunnen beschouwen, zou dit in principe ook daadwerkelijk kunnen worden – misschien zelfs het internet.

Het tijdperk van de brain-computer interfaces is nog maar net begonnen.