Klinische proef wil nieuwe methoden ontwikkelen om spraak te herstellen met brein-computer interface

16-05-2023

UC Davis Health includeert mensen in een klinisch onderzoek met als doel een "neurologische prothese" te bouwen voor het herstellen van spraak bij mensen die het vermogen om te spreken hebben verloren - of aan het verliezen zijn. Het onderzoek is gericht op mensen met neurologische verwondingen of progressieve neurologische ziekten, zoals ruggenmergletsel, beroerte en amyotrofe laterale sclerose (ALS).

Met dit onderzoek sluit UC Davis zich aan bij BrainGate, een ambitieus consortium van
universiteiten en academische medische centra dat onderzoekt hoe brein-computer
interfaces kunnen worden gebruikt om de neurologische functie te herstellen bij mensen die
met verlamming leven. De technologie wordt soms ook aangeduid als brein-machine-interfaces of neuroprothesen.

De focus van BrainGate is om deze technologie te gebruiken om "gedachten om te zetten in
actie" voor mensen met verlamming. Sommige studies van het consortium hebben "neurale"
handschriften omgezet in tekstuitvoer naar een computer en deelnemers met verlamming
geholpen een robotarm en -hand te besturen. David Brandman en Sergey Stavisky leiden het klinische onderzoek BrainGate2 bij UC Davis Health.

David Brandman en Sergey Stavisky.

De onderzoekers van UC Davis richten zich op een aandoening die bekend staat als
anartrie, waarbij mensen willen spreken maar hun stembanden of mond niet zodanig kunnen
bedienen dat ze hoorbare spraak produceren.

"Het vermogen om te spreken verliezen is verwoestend. De bestaande ondersteunende
communicatietechnologieën die beschikbaar zijn voor mensen met een verlamming, zoals
eyetrackers en sip and puff-apparaten, zijn traag, omslachtig en vereisen aanzienlijke
inspanningen van zowel de gebruiker als zijn verzorger," aldus David Brandman.
Brandman is assistent-professor bij de afdeling neurologische chirurgie en de onderzoeker
die verantwoordelijk is voor het onderzoek. Hij is ook mededirecteur van het UC Davis
Neuroprosthetics Lab en zal de operaties voor de studie leiden. "Het is mijn hoop dat
hersen-computer interface technologie op een dag functionele onafhankelijkheid zal
herstellen voor mensen die leven met verlamming."

Hersengebieden voor spraak zijn intact, maar de laatste uitvoerstap is verloren gegaan
Bij sommige ziekten en verwondingen zijn de hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor
taal en het willen spreken intact, maar de signalen kunnen niet worden doorgegeven aan de
zenuwen en spieren die de commandoimpulsen moeten ontvangen om geluid te
produceren.

Met deze nieuwe studie hopen de onderzoekers de hersensignalen te "lezen" die bedoeld
zijn om de spieren te bewegen die betrokken zijn bij het spreken - de tong, de kaak, de
lippen, het strottenhoofd en het middenrif - en de intentie van de persoon om te spreken te
vertalen in begrijpelijke spraak die door een computer wordt geproduceerd.
De onderzoekers verklaren dat de technologie geen gedachten kan lezen of innerlijke
monologen en gedachten kan detecteren. De onderzoekstechnologie wordt alleen
ontwikkeld om de signalen door te geven die in de hersenen worden gegenereerd als
onderdeel van opzettelijke spraak.

"Door elektroden te implanteren die kunnen opnemen van individuele hersencellen die
betrokken zijn bij het genereren van spraak, hopen we de deelnemers in staat te stellen te
communiceren door gewoon te proberen te spreken," zei Sergey Stavisky.
Stavisky, neurowetenschapper en neuro-ingenieur, is assistent-professor bij de afdeling
neurologische chirurgie. Hij heeft de wetenschappelijke leiding van de studie en is samen
met Brandman mededirecteur van het UC Davis Neuroprosthetics Lab.
 

“Ik hoop dat de BCI technologie op een dag functionele onafhankelijkheid teruggeeft aan personen met een verlamming” zegt David Brandman.

"Er zijn veel open vragen. We hopen te leren wat hersencellen doen wanneer iemand
probeert te spreken. Wat voor informatie bevat deze hersenactiviteit bijvoorbeeld? Hoe
houdt dat verband met de bewegingen of geluiden die de persoon probeert te produceren?
Met dit onderzoek verwachten we deze en vele andere vragen te kunnen beantwoorden," zei
Stavisky. Het is mijn hoop dat hersen-computer interface technologie op een dag functionele
onafhankelijkheid zal herstellen voor mensen met verlamming."-David Brandman Implantaten zijn niet nieuw, maar de technologie evolueert.
Al tientallen jaren worden implantaten in de hersenen gebruikt om te helpen bij
ziekteverschijnselen. Wereldwijd zijn honderdduizenden mensen geïmplanteerd met
apparaten voor diepe hersenstimulatie. De technologie wordt routinematig toegepast om
mensen met de ziekte van Parkinson, tremor en epilepsie te helpen. Bij diepe
hersenstimulatie worden implantaten die elektrische impulsen genereren gebruikt om de
symptomen van neurologische ziekten te beheersen.

Het verschil met de klinische proef BrainGate2 is dat de implantaten de zenuwcellen niet
stimuleren. In plaats daarvan "luisteren" ze naar de zenuwcellen. Bij deelnemers aan het onderzoek worden kleine, gespecialiseerde apparaatjes, Utah Arrays genaamd, geïmplanteerd in het deel van hun hersenen dat spraak genereert. De Amerikaanse Food and Drug Administration heeft toestemming gegeven om de apparaten in klinische proeven te testen.

De arrays ontvangen impulsen van de zenuwcellen - neurale opnames - die worden
doorgegeven aan twee kleine metalen voetstukken bovenop het hoofd. De sokkels hebben
een diameter van ongeveer een halve centimeter. Van daaruit kunnen de signalen worden
aangesloten op een computer.

Geavanceerde computeralgoritmen zullen worden gebruikt om te proberen de patronen van
hersencellen die betrokken zijn bij het spreken te vertalen in spraak. Om de signalen van de zenuwcellen om te zetten in de bedoelde spraak, zullen de onderzoekers gebruik maken van geavanceerde machine-learning technieken om geavanceerde computeralgoritmen te creëren. Zij verwachten dat deze algoritmen in staat zullen zijn de neurale patronen nauwkeurig in spraak te decoderen. De door de computer gedecodeerde spraak kan dan worden gekoppeld aan apparaten die tekst of synthetische spraak genereren.

Gesofisticeerde computeralgoritmen worden gebruikt om modellen te bouwen gebaseerd op vertaling van hersencel activiteit.

Stavisky merkt op dat onderzoeksgroepen deze geavanceerde medische hulpmiddelen
testen en verbeteren, waardoor de recente vooruitgang op het gebied van informatica en
neurowetenschappen mogelijk kan worden toegepast om nieuwe manieren te vinden om
verlamming te behandelen.

"Het is een spannende tijd. We moeten nog veel leren en er zijn geen garanties dat dit zal
werken. Op basis van de vooruitgang op dit gebied en de kracht van ons interdisciplinaire
onderzoeksteam, heb ik goede hoop dat we snel aanzienlijke vooruitgang kunnen boeken
om mensen die hun spraakvermogen hebben verloren weer in staat te stellen natuurlijke,
real-time gesprekken te voeren," aldus Stavisky.

Leigh Hochberg, directeur van het BrainGate consortium en de klinische proef, zei: "Ik ben
verheugd David, Sergey en de geweldige neuro-engineering gemeenschap van UC Davis te
verwelkomen in de BrainGate klinische proeven. Hun wetenschappelijke en klinische
inzichten zullen ongetwijfeld leiden tot doorbraken in de richting van herstel van
communicatie." Hochberg is neurointensivist in het Massachusetts General Hospital,
faculteitslid aan Brown University en Harvard Medical School, en directeur van het VA R&D
Center for Neurorestoration and Neurotechnology in Providence VA Health System.

Om in aanmerking te komen moeten de deelnemers:
Ouder zijn dan 18 jaar en binnen drie uur van het grotere Sacramento gebied wonen.
Verlamming in armen en benen hebben of moeite hebben met spreken.
Een medische diagnose hebben zoals ruggenmergletsel, hersenstam beroerte, ALS of een
andere degeneratieve motor neuron aandoening.

Vertaling: Ann Bracke
Bron: UC Davis
 

 

 

 

 

 

 

Share