Prothese

Swaab over hersenen

Prothese in het brein

Lopen, zien en horen doen we met ons brein. Maar wat nou als iemand doof, blind of verlamd is? De neuroprothese biedt hoop.

0nze hersenen krijgen informatie uit de buitenwereld via onze zintuigen en ondernemen daarop actie door het aansturen van de motoriek. Tot voor kort was je bij uitval van een zintuig voor je leven blind of doof, en als je ruggenmerg was beschadigd was je voor je leven verlamd.

Tijdens de Internationale Summerschool of Brain Research van het Nederlands Instituut voor Neurowetenschappen werden nieuwe ontwikkelingen gepresenteerd die met behulp van hersencomputer interfaces, of neuroprotheses, in de toekomst uitzicht lijken te geven op het weer zien van blinden en het weer kunnen lopen met een dwarslaesie.

Het gehoor loopt in deze ontwikkelingen ver voorop. Bij doofheid door een aandoening van het binnenoor wordt er sinds 1960 een bionisch oor, een cochlea-implantaat, ingebracht om de zenuwcellen te stimuleren die verbonden zijn met de niet meer functionerende haarcellen in het middenoor.
Sinds 1980 is het mogelijk 22 elektroden in te brengen en hebben meer dan 100.000 mensen een cochlea-implantaat waarmee zij vaak verrassend goed of zelfs normaal kunnen horen. Als de doofheid veroorzaakt wordt doordat aan beide kanten de gehoorszenuw kapot is, werkt dat niet, en worden er sinds kort 12 elektroden op de hersenstam aangebracht, waardoor gehoorinformatie het brein kan bereiken en de communicatie verbetert.

Er zijn over de wereld miljoenen mensen blind doordat in het netvlies de lichtgevoelige cellen, de fotoreceptoren, vernield zijn. Gerald Chader, oogarts uit Los Angeles vertelde van experimenten bij drie van zulke patiënten die totaal blind waren. Er werd informatie uit een klein cameraatje op de bril gestuurd naar een miniatuurontvangertje dat operatief op het netvlies in het oog was geplaatst. Een microprocessor zette de beeldsignalen om in een elektronisch signaal. Zestien elektrodes maakten contact met de laag zenuwcellen in het netvlies die nog intact waren. Deze stuurden die informatie via de oogzenuw door naar de hersenen. Na een langdurige training konden deze mensen grote structuren onderscheiden (een kop en een bord).
Het aantal elektrodes wordt stapsgewijze uitgebreid naar 1000, waardoor het in 5 tot 10 jaar mogelijk moet worden gezichten te herkennen. Een andere onderzoeksgroep stuurt de informatie van het cameraatje voor elektronische verwerking naar apparatuur in de broekzak van de persoon en vervolgens naar een ontvanger die verbonden is met een groot aantal micro-elektrodes die geïmplanteerd zijn in de hersenschors.

Het wordt steeds beter mogelijk om uit de elektrische activiteit van grote aantallen hersenschorscellen die de motoriek besturen af te leiden wat ze van plan zijn en daarmee bijvoorbeeld een robot arm aan te sturen. Dat geeft hoop voor het behandelen van dwarslaesies, maar dit zal langer op klinische toepassingen moeten wachten.

Dierexperimenten laten zien dat het bij een dwarslaesie mogelijk is door elektrische stimulatie van het ruggenmerg, drie maanden trainen en ondersteuning met farmaca een looppatroon te genereren zonder dat er sturing vanuit de hersenen is. Gregoire Courtine, uit Zürich, schatte dat hij in vijf jaar deze techniek bij patiënten zal toepassen.

Een spectaculair experimenteel resultaat werd verkregen bij de 25 jarige Matthew Nagle die volledig verlamd werd toen hij met een mes in zijn nek werd gestoken. Bij hem werd een plaatje van 4x4 mm met 96 elektroden in de motorische hersenschors geïmplanteerd. Met de afgeleide elektrische activiteit van de hersencellen die de motoriek besturen kon hij een computer aansturen. Hij leerde dat in enkele minuten, alleen maar door hem te vragen te denken dat hij zijn hand moest bewegen om een bewegende cursor op het computerscherm te volgen. Ook slaagde hij er in met denkkracht een cirkel op het scherm te tekenen, zijn e-mail te lezen, een computerspelletje te spelen, en zelfs een handprothese te openen en te sluiten. Met dit experiment werden echter niet alleen de moge- lijkheden van zo'n neuroprothese aangetoond, maar ook de beperkingen van dit moment. Nagle kon voor de operatie ook al, met zijn stem, een computer aansturen.
Na de operatie zat hij aan een grote computer vast en stond er steeds een assistent achter hem. Door dit alles was de toegevoegde waarde van de elektrodes in de hersenen niet groot. Toen na ongeveer na 9 maanden het elektrisch signaal uit de hersenen afnam heeft hij de elektrodes dan ook laten verwijderen.

Er is nog veel te verbeteren, maar er is nu zeker ook een aantal hoopvolle ontwikkelingen gaande in dit onderzoeksveld.

M.v.g. G. Nevenzel.

Overzicht van onderwerpen.