Het herstellen van de tastzin is niet langer alleen maar een laboratoriumnieuwsgierigheid. Het wordt realiteit voor mensen met ruggenmergletsels, en de langetermijngegevens komen eindelijk binnen.
Onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh en de Universiteit van Chicago hebben het langste onderzoek tot nu toe gepubliceerd naar hoe het menselijk brein omgaat met elektrische stimulatie voor sensorisch herstel. De bevindingen zijn robuust. Ze bewijzen dat intracorticale microstimulatie jarenlang veilig kunstmatige aanrakingssignalen kan afgeven, niet alleen dagen of weken.
Dit is niet alleen academisch lawaai. Dit is het bewijs dat deze systemen het laboratorium kunnen verlaten en de huizen van mensen kunnen binnendringen.
De gegevens achter de hartslag
De studie, gepubliceerd in Science Translational Medicine, volgde vijf vrijwilligers met ruggenmergletsel. Deze personen hadden implantaten voor de hersencomputerinterface (BCI). Sommige van deze apparaten zaten al jaren in hun hersenen.
De totale gecombineerde tijd? 27 jaar.
Gedurende die periode leverden de systemen ongeveer 168 miljoen elektrische pulsen. Honderdachtenzestig miljoen. En toch? Er hebben zich geen ernstige bijwerkingen voorgedaan.
“Willen hersen-computerinterfaces echt impact hebben, dan moeten ze jarenlang veilig kunnen blijven werken. Dit laat zien dat microstimulatie precies dat kan doen.” —Robert Gaunt
Robert Gaunt, senior auteur en universitair hoofddocent bij Pitt’s Rehab Neural Engineering Labs, zegt het duidelijk. Het veld moet verder gaan dan kortetermijnexperimenten. Dit onderzoek plant een vlag voor klinische bruikbaarheid. Het laat zien dat de technologie stabiel genoeg is voor de echte wereld.
Hoe kunstmatige aanraking werkt
Om te begrijpen waarom dit belangrijk is, moet je begrijpen hoe we ons gewoonlijk voelen. We vertrouwen op aanraking om druk te beoordelen. Textuur. Grijpkracht. Zonder dit is het gebruik van een robothand een visueel spel. Je moet naar je vingers staren om te weten of je een ei verplettert of een glas vasthoudt. Het is vermoeiend.
BCI’s werken in twee richtingen. Ze lezen neurale activiteit om apparaten te besturen. Maar ze kunnen ook signalen naar de hersenen sturen.
Bij deze experimenten raakten kleine elektrische pulsen de somatosensorische cortex. Dit is het hersengebied dat lichaamssensaties verwerkt. Door dit gebied te stimuleren, kunnen onderzoekers de hersenen ertoe verleiden aanraking te voelen. Het is feedback. En feedback maakt een neuroprothese echt nuttig.
De samenwerking tussen Pitt en de Universiteit van Chicago houdt zich al meer dan tien jaar bezig met dit probleem. Ze begonnen in 2012 met het implanteren van elektroden in de motorcortex voor armcontrole. Tegen 2015? Ze voegden sensorische stimulatie toe. Chicago implanteerde in 2020 zijn eerste deelnemer met zowel motorische als sensorische elektroden.
Deze nieuwe studie ging in op de vragen die kortetermijnonderzoeken niet kunnen beantwoorden:
- Veroorzaakt herhaalde stimulatie na verloop van tijd schade?
- Gaan de kunstmatige sensaties naar de verkeerde lichaamsdelen?
- Worden de sensaties zwakker of veranderen ze van kwaliteit?
De resultaten waren stabiel
Het antwoord op al deze vragen was feitelijk nee.
Pulsen gericht op het handgebied van de hersenen produceerden consequent sensaties in de hand. Zelfs na jaren dwaalden de sensaties niet af naar niet-verwante gebieden. De precisie hield stand.
Hoe zit het met de aanhoudende effecten? Blijft het gevoel bestaan als de stimulatie stopt?
Dat gebeurt zelden. Aanhoudende sensaties kwamen slechts ongeveer één keer per 23.000 stimulatieproeven voor. Voor de context is dat ongelooflijk zeldzaam. De meeste signalen vervaagden binnen 10 seconden nadat de puls was gestopt. Er was geen pijn. Geen medische interventies vereist. Het systeem was stil, voorspelbaar en veilig.
Het addertje onder het gras: elektroden gaan niet eeuwig mee
Als het allemaal perfect is, waarom stoppen?
De belangrijkste beperking is niet de veiligheid. Het is hardware.
De prestaties van de elektrode namen in de loop van de tijd af. Gemiddeld bleef 64% van de elektroden bij de deelnemers functioneel. Dat klinkt oké totdat je beter kijkt. Bij één onderwerp was 60% na tien jaar nog steeds bezig. Maar het tempo van de daling versnelde later in het onderzoek.
De hersenen tolereren het signaal dus. Het lichaam is prima. De elektrode wordt gewoon moe.
Dit is de volgende technische hindernis. Charles Greenspon, hoofdauteur en assistent-professor aan de Universiteit van Chicago, merkt op dat deze stabiliteit de industrie in staat stelt om take-home-oplossingen te gaan bouwen. De wetenschap werkt. De hardware moet gewoon bijblijven.
Voorbij aanraking
Dit gaat niet alleen over het voelen van je vingertoppen.
Soortgelijke microstimulatiestrategieën worden onderzocht voor zicht en gehoor. Als dezelfde hersengebieden veilig kunnen worden getarget op aanraking, kunnen ze waarschijnlijk ook worden getarget op zicht en geluid. De basisstrategie is veelbelovend voor het herstellen van meerdere verloren zintuigen.
De technologie is geen magie. Het is techniek. En na 168 miljoen pulsen weten we nu dat het veilig is.
De elektroden kunnen verslechteren. De wetenschap blijft solide. We gaan van “kunnen we dit doen?” tot “hoe zorgen we ervoor dat het blijft duren?”
