Iedereen kan binnenkort een nieuw zintuig erbij krijgen

Onze hersenen worden vaak vergeleken met een computer. Maar, anders dan computerchips, zijn onze hersenen in staat om nieuwe verbindingen te maken. Deze unieke eigenschap—neurale plasticiteit genoemd—biedt enorme mogelijkheden voor degenen die de uitersten van onze hersenen willen opzoeken.

Neurale plasticiteit vind plaats onder invloed van veranderingen in externe factoren, gedrag en zelfs emoties. Het effect is het beste te zien bij mensen die aan het oefenen zijn om bepaalde handelingen heel goed uit te voeren. Zo is bijvoorbeeld het achterste deel van de hippocampus van Londense taxichauffeurs groter dan normaal, omdat zij sterk afhankelijk zijn van hun bedrevenheid in navigeren. Daarnaast zijn wetenschappers erachter gekomen dat de motorische, auditorische en visuele delen van de hersenen van professionele muzikanten merkbaar verschillen van de hersenen van normale mensen.

Neurowetenschappers zoals David Eagleman proberen er nu achter te komen of deze eigenschap van de hersenen gebruikt kan worden om nieuwe zintuigelijke ervaringen te creëren. Samen met masterstudent Scott Novich en het Baylor College of Medicine heeft hij VEST (Versatile Extra-Sensory Transducer) ontworpen. Dit draagbare apparaat zorgt ervoor dat dove personen stemgeluid kunnen voelen dankzij een serie van vibrerende motors die op de rug van de patient worden geplaatst. Na uitvoerige training konden proefpersonen woorden begrijpen die met een microfoon op het vest werden opgevangen en gecodeerd naar een volgorde van trillingen.

VEST is een voorbeeld van zintuigelijke omwisseling—een manier om een zintuig te vervangen door een ander. In dit geval wordt het gebruikt om gehoor te vervangen. Het apparaat is gepresenteerd tijden TED 2015, waar Eageleman uitlegde dat het "voor je hersenen niet uitmaakt waar de informatie vandaan komt, ze vogelen zelf uit wat ze ermee moeten doen."

Dat we zintuigen kunnen vervangen laat zien dat een sterke band tussen onze hersenen en technologie heel goed mogelijk is.

Het eerste werk in dit gebied van de wetenschap is gedaan door neurowetenschapper Paul Bach-y-Rita, die aantoonde dat het mogelijk was om zicht te vervangen door aanraking. Hij noemde deze techniek tactile-vision sensory substitution (TVSS) en hij gebruikte hiervoor een camera waarvan de beelden werden omgezet in gevoelsprikkels. In één van zijn opstelling leverde hij de prikkels af aan de tong, door een elektrode in de mond. De elektrode was verbonden met een camera op het hoofd van de patient en het gaf een patroon van trillingen af die correspondeerde met het beeld dat de camera opving.

Waar TVSS speciaal ontworpen apparatuur nodig heeft, is het bij systemen die zicht naar gehoor omzetten mogelijk dat de microfoon van een smartphone wordt gebruikt om het omgevingsgeluid op te vangen. The vOICe (waar OIC staat voor "oh I see) van Peter Meijer is gratis verkrijgbare software die blinden helpt om eenvoudige vormen te herkennen door ze te te vertalen in geluid. Het syteem is al in de jaren 80 ontwikkeld en Meijer heeft het recent omgezet in een app voor Android die al 250,000 keer is gedownload. Meijer zei tegen me dat "The vOICe voor het grootste deel een ongecontroleerd experiment is; het grootste deel van de mensen die het downloaden kunnen gewoon zien en willen alleen maar even spelen met de app." Maar er zijn ook mensen die er veel baat bij hebben, zoals "een blinde vrouw in Duitsland die The vIOCe gebruik wanneer zij over het strand loopt om te voorkomen dat ze zandkastelen kopottrapt."

Voor mensen die The vOICe al langer gebruiken, heeft het veel toegevoegde waarde. Pat Fletcher, één van de eerste blinde personen die het systeem ging gebruiken, omschreef het systeem als "zien met haar oren." De pseudo-visuele ervaring van de gebruikers komt doordat het geluid delen van de hersenen activeert die normaal de informatie van de ogen verwerken, dat heeft wetenschappelijk onderzoek aangetoond. Bij Pat Fletcher hebben wetenschappers haar visuele cortex van buitenaf gestimuleerd, met als gevolg dat zij tijdelijk haar gezichtsvermogen via The vOICe verloor. Dit is verder bewijs dat het geluid door de hersenen werd geinterpreteerd als visuele informatie.

In dit filmpje zie je hoe een blind voorwerpen probeert te pakken met behulp van The vOICe.

Een postdoc van het Sussex Synaeshesia Lab werkt samen met professor Jamie Ward om The vOICe naar een hoger plan te tillen. Door de software te koppelen aan een infraroodcamera—op dit moment een Xbox Kinect—hoopt Giles Hamilton-Fletcher "gebruikers informatie te geven die meteen bruikbaar is." Hun opstelling, die diepte vertaalt naar geluid, moet ervoor gaan zorgen dat blinde mensen obstakels op straat kunnen herkennen en ontwijken. Zij hopen dat deze toepassing in de toekomst kan worden ingebouwd in smartphones. "Het is waarschijnlijk dat smartphones in de toekomst infraroodcamera's hebben om diepte te kunnen meten," aldus Hamilton-Fletcher.

"Kijk alleen maar naar Intel RealSense, Google Tango en de Microsoft Hololens."

Maar de toekomst van het vervangen van zintuigen ligt niet alleen in therapeutische toepassingen. David Eagleman en zijn onderzoeksgroep lopen voorop in het onderzoeken van de mogelijkheden voor het ontwikkelen van compleet nieuwe zintuigen, bovenop de zintuigen die we allemaal al hebben. Dit noemen ze "sensory addition." In één van zijn projecten gebruikt Eagleman zijn VEST om informatie van het internet live naar hersenen te sturen.

We sturen constant informatie van het internet naar onze hersenen, maar op dit moment doen we dit voornamelijk via onze ogen: om informatie van het internet op te nemen, moeten we het eerst lezen op de rechthoekige schermen van onze smartphones en computers. Volgens neurowetenschapper Paul Bach-y-Rita "kun je lezen zien als een primitieve vorm van het omwisselen van zintuigen. Het komt niet uit de natuur, maar het is meer een uitvinding die auditieve informatie visueel weergeeft." Het werk van Eagleman gaat een stukje verder, want hij wil geen "inuïtieve" zintuigen ontwikkelen. Zijn team voert al experimenten uit met proefpersonen die beslissingen nemen over het kopen en verkopen van aandelen terwijl ze de aandelenkoersen live binnenkrijgen via een VEST. Ze hopen dat de hersenen patronen gaan herkennen in succesvolle transacties, op basis van de data die ze binnenkrijgen van het internet.

"Het plan is om uiteindelijk VEST commercieel te maken," aldus Scott Novich. "Ongetwijfeld willen mensen het gaan gebruiken om magnetische velden of infrarood licht te voelen. Maar door een opensource API beschikbaar te stellen en in combinatie met machinaal leren verwachten we dat mensen hun VEST zullen gaan aanpassen op het soort data dat ze binnen willen krijgen. Dat zal waarschijnlijk leiden tot hele interessante toepassingen.

Het omwisselen van zintuigen is erg afhankelijk van wat Eagleman in zijn TED Talk het "PH Model of Evolution" noemde. En PH staat hier voor "potato head," een verwijzing naar Mr. Potato Head. Met andere woorden, Eagleman voorziet een toekomst waar we onze zintuigen kunnen uitbreiden met plug-and-play-apparaten die de menselijke "umwelt" uitbreiden. Umwelt is een Duitse wetenschappelijke term die refereert aan de belevingswereld bekeken vanuit een individu. Het verwijst naar het feit dat onze objectieve realiteit beperkt is door de data die we met onze zintuigen kunnen opvangen. Eagleman hoopt dat we met VEST signalen kunnen gaan opvangen, die we voorheen nooit hebben waargenomen.

De voorbeelden van omwisseling van zintuigen zijn gevarieerd en cratief. "We zouden onze band met andere machines en objecten kunnen versterken," speculeert Hamilton-Fletcher. "We zouden bijvoorbeeld ons tastzintuig kunnen verbinden met de carrosserie van een auto om zo botsingen op een inuïtieve manier te voorkomen." Peter Meijer is wat voorzichtiger met zijn voorspellingen. "Theoretisch kun je iedere vorm van informatie hoorbaar of tastbaar maken, maar ik ben er niet van overtuigd dat mensen zonder handicap hier iets aan zullen hebben. Het zal erg afhangen van de toepassing. Soms zal een visuele interface nog steeds beter zijn, zoals bij nachtcamera's en thermografie [de mogelijkheid om hitte te zien, red.]."

Wat de toepassing ook is, neuroplasticiteit laat zien dat ons brein een interessant platform is om mee te experimenteren. De wetenschap ondekt steeds meer nieuwe zintuigen die mensen niet hebben, leert steeds meer over zintuigelijke stoornissen en we begrijpen de interactie tussen de verschillende zintuigen steeds beter. Hierdoor zullen we in de toekomst ongetwijfeld meer apparaten zien zoals de VEST van Eagleman en software zoals The vOICe van Meijer. In het kort: we zijn op zintuiglijk gebied in rap tempo aan het veranderen in cyborgs.