Verlamde ALS-patiënt bedient spraakcomputer met gedachten

Hersen-computerinterface stelt locked-in-ALS-patiënt in staat te communiceren

24-11-2016

MedicalResearch.com-interview met:
Mariska Van Steensel PhD
Nick F. Ramsey, Ph.D.

Departement Neurologie en Neurochirurgie
Hersencentrum Rudolf Magnus
Universitair Medisch Centrum Utrecht
Utrecht, Nederland

MedicalResearch.com: Wat is de achtergrond van deze studie? Wat zijn de voornaamste bevindingen?

Antwoord: Patiënten met een ernstige verlamming, te wijten aan bijvoorbeeld ALS of een hersenstamberoerte kunnen vaak niet meer spreken (de zogenoemde 'locked-intoestand). Ze hebben dan ook hulpmiddelen zoals oogbewegingsapparatuur nodig om te communiceren. Als deze apparatuur het laat afweten (bijvoorbeeld door omgevingslicht of problemen met de oogbewegingen), kan de patiënt een ja- of neeteken geven door met de ogen te knipperen als antwoord op gerichte vragen. De patiënt bevindt zich dan wel in een zeer afhankelijke positie, omdat de gestelde vragen al dan niet beantwoorden aan zijn specifieke wensen of commentaar.

In de onderhavige studie gebruikten we een technologie die hersen-computerinterfacing (brain-computer interfacing, BCI) wordt genoemd, om een patiënt met vergevorderde amyotrofische laterale sclerose (ALS) in staat te stellen een communicatieapparaat te bedienen met behulp van hersensignalen. De patiënt kreeg subdurale elektroden ingeplant die het hersengebied bestreken dat normaal gezien verantwoordelijk is voor handbewegingen. De elektroden waren subcutaan via draden verbonden met een versterker/zender die subcutaan werd geplaatst onder het sleutelbeen. Door te proberen een hand te bewegen, was de patiënt dankzij deze hersen-computerinterface in staat een signaal te genereren dat het equivalent was een muisklik. Met behulp hiervan maakte ze selecties van letters of woorden op haar communicatieapparaat, en dit zeer accuraat en met een snelheid van twee letters per minuut. Ze gebruikte het hersen-computerinterfacesysteem om te communiceren telkens ze buitenshuis was, omdat haar oogbewegingsapparaat niet goed werkt in die omstandigheden.

MedicalResearch.com: Wat zijn de belangrijkste lessen uit uw rapport?

Antwoord: Onze studie toont aan dat ernstig verlamde patiënten die niet kunnen spreken in staat zijn een communicatiehulpmiddel te bedienen met behulp van hersensignalen die worden geregistreerd op het hersenoppervlak. Het hersen-computerinterfacesysteem waar ons rapport over gaat is niet zichtbaar, afgezien van een kleine antenne die op de kleding moet worden vastgeklikt. Bovendien is het apparaat mobiel, zodat de patiënten het buitenshuis kunnen gebruiken. Het vergt van de zorgverstrekkers ook geen gespecialiseerde vaardigheden. De belangrijkste verwezenlijking is wellicht dat patiënten het BCI-systeem thuis gebruiken, zonder dat experten of onderzoekers nodig zijn. Thuis kunnen ze nog steeds een oogbewegingsapparaat gebruiken, maar ze hangen af van het BCI-implantaat als ze de deur uit gaan of op reis gaan (omstandigheden waarin oogbewegingsapparaten onbetrouwbaar zijn), aangezien het de enige manier is waarop ze steevast de aandacht van de zorgversterkers kunnen trekken als dat nodig is.

MedicalResearch.com: Welke aanbevelingen hebt u voor toekomstig onderzoek naar aanleiding van deze studie?

Antwoord: Onze resultaten geven aan dat communicatie via hersensignalen een levensvatbaar alternatief is als op spierkracht gebaseerde communicatie het laat afweten. Aangezien adequate communicatie (dat wil zeggen het vermogen om zelf een conversatie te initiëren door bijvoorbeeld vragen te stellen) een bepalende factor is voor de levenskwaliteit van ernstig verlamde patiënten, geloven we dat onderzoekers en de maatschappij moeten investeren om implanteerbare brain-computerinterfaces toegankelijk te maken voor wie ze nodig heeft. We streven ernaar nog twee andere patiënten te betrekken bij de huidige studie om de reproduceerbaarheid van onze bevindingen bij nog andere patiënten te demonstreren en de communicatiesnelheid te verhogen. Daarna willen we een internationale klinische test starten om de basis te leggen voor de eigenlijke klinische toepassing van ons hersen-computerinterfacesysteem. We hopen ook dat ons onderzoek de vertaling zal aanmoedigen van onderzoek over het decoderen van de bewegingen van de ledematen (bijvoorbeeld het Braingate-project, www.braingate.org) naar systemen voor thuisgebruik bij mensen die een amputatie ondergingen of die verlamd zijn aan armen en benen.

MedicalResearch.com: Wenst u hier nog iets aan toe te voegen?

Antwoord: We zijn ervan overtuigd dat deze gevalsstudie het eerste bewijs vormt dat BCI-implantaten het leven van mensen in een locked-intoestand echt gunstig beïnvloeden. In een volgende stap verwachten we dat we patiënten wereldwijd de mogelijkheid kunnen bieden toegang te hebben tot dit BCI-systeem via standaard medische kanalen (en commercialisering van het implantaat). Om die reden plannen we de klinische test. Wijzelf en anderen werken al aan de volgende generatie BCI-implantaten, die tientallen elektroden zullen bevatten en die pogingen tot handtekencommunicatie of misschien zelfs pogingen tot spraak kunnen vertalen naar spraak via een stemvoortbrengende computer. Zulke systemen zullen mogelijk ook ten bate zijn van mensen met een minder ernstige vorm van verlamming zoals mensen die hun spraakvermogen hebben verloren na een beroerte.

MedicalResearch.com: Dank u voor uw bijdrage aan de MedicalResearch.com-gemeenschap.

 

Vertaling: Bart De Becker

Bron: MedicalResearch.com

Verlamde ALS-patiënt bedient spraakcomputer met gedachten

14-11-2016

In het UMC Utrecht is een hersenimplantaat geplaatst bij een patiënt waarmee ze met haar gedachten een spraakcomputer kan bedienen. Samen met de patiënt hebben de onderzoekers in een intensieve periode gewerkt aan de juiste instellingen. Ze kan nu thuis communiceren met haar familie en verzorgers via het implantaat. Het is uniek in de wereld dat deze techniek door een patiënt thuis wordt gebruikt. Dit onderzoek is gepubliceerd in het medische tijdschrift New England Journal of Medicine.

Door de ziekte ALS kan de patiënt niet meer bewegen en spreken. Artsen plaatsten elektroden op haar hersenen die de hersenactiviteit oppikken. Hiermee kan ze draadloos een spraakcomputer aansturen die ze nu thuis gebruikt.

“Dit is een belangrijke doorbraak in het bereiken van zelfstandige communicatie bij ernstig verlamde patiënten. Of de verlamming nou veroorzaakt wordt door ALS, een hersenbloeding of een trauma”, zegt professor Nick Ramsey, hoogleraar cognitieve neurowetenschappen in het UMC Utrecht Hersencentum. “In feite heeft deze patiënt een soort afstandsbediening in het hoofd gekregen. Daarmee kan ze, zonder haar spieren te gebruiken, een spraakcomputer bedienen.”

Muisklik
De patiënt bedient de spraakcomputer door in gedachten haar vingers te bewegen. Dat resulteert in een verandering van het hersensignaal onder de elektroden. Die verandering wordt omgezet in een muisklik. Op een scherm voor zich ziet ze het alfabet in beeld, plus een aantal extra functies zoals het verwijderen van een letter of woord en het kiezen van woorden op basis van de al gespelde letters. De letters op het scherm lichten één voor één op. Door op het juiste moment met de hersenen de muisklik te maken, wordt een letter geselecteerd. Op die manier kan ze woorden samenstellen, letter voor letter, die vervolgens door de spraakcomputer worden uitgesproken. Deze techniek is vergelijkbaar met het aansturen van een spraakcomputer via een drukknop (door een nog bruikbare spier in bijvoorbeeld nek of hand). Als er geen bruikbare spieractiviteit is, kan dus nu het hersensignaal worden gebruikt.

Draadloos
De patiënt onderging een operatie waarbij elektroden op haar hersenen zijn geplaatst door kleine gaatjes in de schedel te maken. Vervolgens werd, onder het sleutelbeen, een kleine zender in haar lichaam geplaatst die de signalen van de elektroden via onderhuidse draden ontvangt, versterkt en draadloos naar buiten stuurt. Uit deze signalen wordt de muisklik berekend, waarmee de spraakcomputer wordt aangestuurd. De patiënt wordt intensief begeleid. Kort na de operatie startte ze samen met de onderzoekers een ontdekkingstocht, op zoek naar de juiste instellingen van het apparaat en naar de perfecte manier om de hersenactiviteit onder controle te krijgen. Het begon met een ‘eenvoudig’ spel waarbij ze de techniek van het klikken oefende. Toen dat goed verliep, ging ze over op de spraakcomputer. Inmiddels kan ze de spraakcomputer gebruiken zonder hulp van het onderzoeksteam.

Het UMC Utrecht Hersencentrum onderzoekt al jarenlang de mogelijkheden van het aansturen van een computer door middel van elektroden die hersenactiviteit opvangen. Het werken met een spraakcomputer aangestuurd door hersensignalen gemeten met een badmuts met electroden wordt al langer getest in diverse onderzoekslaboratoria. Dat een patiënt de techniek nu in de thuissituatie gebruikt, via onzichtbare, geïmplanteerde elektroden, is uniek en gebeurt nergens anders ter wereld.  

Als het implantaat bij drie mensen goed blijkt te werken hopen de onderzoekers een grotere, internationale, trial te kunnen starten. Ramsey: “We hopen dat dit resultaat het onderzoek naar meer geavanceerde implantaten stimuleert, zodat in de toekomst niet alleen mensen met communicatieproblemen, maar ook mensen met bijvoorbeeld een dwarslaesie, geholpen kunnen worden.”

Dit onderzoek is onderdeel van het Utrecht NeuroProthese (UNP) project van het UMC Utrecht Hersencentrum, en is gefinancierd door STW. Het implantaat zelf werd geleverd door een van de R&D afdelingen van medisch technologiebedrijf Medtronic.

 

Bron: UMC Utrecht

Share