Vloeiende spraak via hersenimplantaten komt eraan

Het is inmiddels geen science fiction meer: via geïmplanteerde elektrodes in het brein zijn enkele volledig verlamde patiënten inmiddels in staat te communiceren. En de techniek gaat verder: “We staan aan de vooravond van veel grotere ontwikkelingen.”

Het is voor mensen met degeneratieve zenuwziektes veelal de grootste nachtmerrie: de controle over alle spieren verliezen, maar nog wél volledig bij bewustzijn zijn. Patiënten met dit locked-in syndroom zijn in hun eigen lijf opgesloten, hun gedachten helder als altijd maar geen enkele manier meer om ze kenbaar te maken. Misschien het bekendste voorbeeld is de recentelijk overleden natuurkundige Stephen Hawking, die leed aan een vorm van ALS. Hawking communiceerde via een spraakcomputer die hij bediende met één spier in zijn wang. Zo kon hij een woord per minuut produceren. Zonder controle over deze ene spier, had hij geen enkele manier meer gehad om te communiceren.

Communiceren via hersenimplantaat

De Nederlandse Hanneke Bruijn heeft zelfs geen controle meer over die ene noodzakelijke spier. Ze is vrijwel volledig ingesloten. Toch communiceert zij wel degelijk. Via een hersenimplantaat bedient zij een speciale spraakcomputer. Ze maakt een denkbeeldige muisklik in haar hoofd, waarmee ze woorden selecteert. “Het implantaat bestaat uit twee elektroden”, vertelt neuroloog Erik Aarnoutse (UMC Utrecht). “Deze meten precies de hersenactiviteit in het verantwoordelijke gebied wanneer je je arm wilt bewegen. Dit signaal, dat normaalgesproken naar de armspieren zou gaan, wordt afgelezen en vertaald door de computer.” Het is slechts één van de voorbeelden van wat er mogelijk is. De muisklik is nu mogelijk, maar de wereld van de hersenimplantaten staat aan de vooravond van veel grotere ontwikkelingen. Wat deze ontwikkelingen moet stuwen, is de toename in het aantal elektrodes. Zo kunnen ze nog nauwkeuriger de signalen meten en zo complexere bewegingen vertalen naar computers. Eén van deze bewegingen, is spraak. De ALS-patiënte spreekt nu één woord per minuut, maar met de volgende generatie implantaten zou dat veel vloeiender kunnen. Dan is het denkbeeldig uitspreken van het woord voldoende, de computer verwoordt het vervolgens.

De volgende stap

“Wanneer je een woord of letter wilt uitspreken,” vertelt neuroloog Nick Ramsey (UMC Utrecht), “gebruik je zoveel kleine spieren tegelijkertijd dat het moeilijk is om al die hersensignalen op te vangen.” Om deze signalen te meten, zijn er meer elektroden nodig dan de huidige twee, rond de dertig zou voldoende moeten zijn. Er wordt inmiddels in laboratoriumsetting mee geëxperimenteerd. “Epilepsiepatiënten hebben hier ontzettend veel bij geholpen”, zegt Ramsey. “Een aantal van deze patiënten heeft al implantaten om te zien waar de bron van hun epilepsie zich bevindt. Deze elektrodes kunnen we gebruiken om de verschillende klanken die men maakt tijdens het spreken, de zogeheten fonemen, in het brein in kaart te brengen.” De ‘p’, de ‘k’, de ‘oe’ en de ‘a’ zijn klanken die men inmiddels met 80 procent nauwkeurigheid kan voorspellen in het brein, aldus Ramsey. Het zet de deur open naar de volgende stap: geen mentale muiskliks meer, maar vloeiend vertaalde spraak via een computer. En dan kan het nog verder. Er wordt hard gewerkt aan de ontwikkeling van hersengestuurde protheses. De eerste resultaten zijn er: het is gelukt om een Amerikaanse man zijn prothese te laten besturen met behulp van een hersenimplantaat. Toch is deze techniek vele malen ingewikkelder dan de reeds ingewikkelde implantaten voor spraak. “Het bewegen van een arm is een complexe, driedimensionale beweging”, vertelt Aarnoutse. “Spraak is in vergelijking minder ingewikkeld, daarom zijn hersenimplantaten daarvoor al wel effectief.”

Verschillend toekomstbeeld

Aarnoutse en Ramsey hebben een ietwat verschillend toekomstbeeld van hersenimplantaten. Aarnoutse is overwegend optimistisch: “Het gaat in grote sprongen, het is echt een kwestie van tijd en geld tot dit bij de patiënt komt”, vertelt hij. “Dit kan niet alleen veel betekenen voor mensen met lock-in syndroom, maar ook voor mensen met bijvoorbeeld een hoge dwarslaesie: omdat ze de hersenactiviteit nog wel hebben om hun ledematen te bewegen, kunnen ze dit in de toekomst met behulp van een implantaat.” Maar Ramsey plaatst toch enkele kanttekeningen: “Het is zeer ingewikkelde technologie die nu nog echt in de kinderschoenen staat. Bovendien is het erg duur, en omdat de patiëntengroep relatief klein is, is het nog maar de vraag hoeveel de industrie bereid is erin te investeren. Maar dat het kan, daar ben ik wel van overtuigd, en het zal bovendien veel patiënten verlichting geven in een anderzijds zware situatie.”