De interface van Fluent is ontworpen om spraakpogingen om te zetten in woorden

• Er wordt een minder invasieve hersen-computer interface ontwikkeld om mensen met spraakbeperkingen, waaronder ALS, te helpen communiceren.

• Het apparaat van Fluent zou onder de hoofdhuid maar buiten de schedel worden geplaatst, wat volgens het bedrijf de veiligheid en toegankelijkheid zou kunnen verbeteren.

• Het systeem is bedoeld om hersensignalen van spraakpogingen om te zetten in tekst of audio; later dit jaar staan er klinische studies op het programma.

Een spin-offbedrijf van de Universiteit van Melbourne ontwikkelt een minder invasieve hersen-computer interface die mensen met een spraakbeperking, waaronder mensen met amyotrofische laterale sclerose (ALS), op een dag in staat zou kunnen stellen te communiceren door te proberen woorden uit te spreken.

In tegenstelling tot veel huidige prototypes van hersen-computer interfaces, waarvoor vaak een invasieve operatie nodig is waarbij elektroden in de schedel worden geïmplanteerd, is de interface van Fluent ontworpen om onder de hoofdhuid maar buiten de schedel te worden geplaatst. Het bedrijf zegt dat deze minder invasieve aanpak een beter veiligheidsprofiel heeft dan een cochleair implantaat – een chirurgisch geïmplanteerd gehoorapparaat – en dat de technologie hierdoor voor een breder publiek toegankelijk zou kunnen worden.

“Tot nu toe werd aangenomen dat deze technologische mogelijkheid alleen haalbaar was met behulp van zeer invasieve elektroden die in de schedel werden geïmplanteerd,” aldus Tim Mahoney, PhD, biomedisch ingenieur en CEO en medeoprichter van Fluent, in een persbericht van de universiteit. “Met een veiligheidsprofiel dat zelfs beter is dan dat van een standaard cochleair implantaat, zal de technologie toegankelijker worden voor een breder publiek.”

Hersensignalen kunnen de communicatie vergemakkelijken

Bij ALS sterven de zenuwcellen die de willekeurige bewegingen aansturen – de zogenaamde motorneuronen – geleidelijk af, wat leidt tot toenemende spierzwakte en steeds grotere moeilijkheden bij het bewegen, spreken, slikken en ademen.

Met de huidige communicatiemiddelen, waaronder communicatieborden en oogvolgsystemen, kunnen veel mensen met ALS woorden en zinnen spellen door letters op een scherm te selecteren via aanraking of oogbewegingen. Naarmate de spierzwakte vordert, kan het gebruik van deze systemen echter steeds moeilijker worden.

Hersenen-computer interfaces zijn bedoeld om die fysieke beperkingen te omzeilen door hersenactiviteit rechtstreeks om te zetten in opdrachten voor een computer. Het apparaat van Fluent is ontworpen om elektrische signalen te registreren boven de motorische cortex, het gebied in de hersenen dat de spieren aanstuurt die worden gebruikt voor spraak.

Zelfs wanneer iemand niet meer kan spreken, kan de hersenen nog steeds specifieke activiteitspatronen genereren wanneer hij of zij probeert woorden uit te spreken. Onderzoekers trainen een machine learning-model om die patronen te herkennen en om te zetten in tekst of audio, met als doel mensen in staat te stellen te communiceren zonder te spreken of op een knop te drukken.

“Als je elektrische signalen ziet als QR-codes: wanneer iemand spreekt, produceert elke afzonderlijke mond- en kaakbeweging verschillende ‘QR-codes’ in de motorische cortex,” zei Mahoney. “Deze ‘QR-codes’ komen ook voor wanneer iemand met een spraakstoornis probeert te spreken. Ons apparaat kan deze codes achtereenvolgens vastleggen, waardoor we kunnen achterhalen wat iemand probeert te zeggen.”

Wat de technologie van Fluent onderscheidt, is de plaats waar die hersensignalen worden geregistreerd. Bij de huidige prototypes is vaak een invasieve operatie nodig waarbij elektroden in de schedel worden geïmplanteerd. Het apparaat van Fluent is daarentegen ontworpen om onder de hoofdhuid maar buiten de schedel te worden geplaatst, waardoor direct contact met de hersenen wordt vermeden terwijl toch hoogwaardige elektrische signalen worden vastgelegd.

Klinische studies gepland voor later dit jaar

Tijdens zijn promotieonderzoek toonde Mahoney aan dat de kwaliteit van de elektrische signalen die met het apparaat werden geregistreerd, vergelijkbaar was, ongeacht of het onder of buiten de hoofdhuid was geplaatst, waardoor het team de technologie kon ontwikkelen zonder dat daarvoor ingewikkelde chirurgische ingrepen nodig waren.

De technologie heeft al voorlopige tests bij mensen ondergaan met deelnemers in het Aikenhead Centre for Medical Discovery in het St Vincent’s Hospital in Melbourne.

„Bij de deelnemers werden 144 elektroden op de hoofdhuid geplaatst, en deze elektroden registreerden de hersenactiviteit in hun motorische cortex terwijl ze spraken, gebaren maakten en zich voorstelden dat ze verschillende zinnen uitspraken“, aldus Mahoney.

Met behulp van wat het team omschrijft als de grootste Engelstalige dataset in zijn soort, in combinatie met een nog grotere dataset van samenwerkingspartners in Japan, ontwikkelden de onderzoekers een machine learning-model dat de juiste zin uit een reeks van 128 opties met een nauwkeurigheid van 96% wist te identificeren.

Fluent heeft meer dan 2 miljoen dollar opgehaald om de interface verder te ontwikkelen met het oog op klinische studies naar de implanteerbare elektroden, die later dit jaar van start zullen gaan.

Volgens Mark Cassidy, PhD, vice-rector (onderzoek) aan de Universiteit van Melbourne, zou de technologie uiteindelijk mensen met ALS en andere neurologische aandoeningen kunnen helpen om een grotere mate van zelfstandigheid terug te krijgen.

Vertaling: Ann Bracke

Bron: ALS News Today