De hersenimplantaten die verlamde ledematen weer laten bewegen

De National Science Foundation (NSF) heeft recentelijk 16 miljoen dollar (ongeveer 14,7 miljoen euro) gegeven aan het Center for Sensorimotor Neural Engineering aan de Universiteit van Washington. Met deze gift kan verder onderzoek worden gedaan naar een technologie waarbij hersenimplantaten kunnen worden ingebracht om neuroplasticiteit te verbeteren en verlamde ledematen weer te laten bewegen.

"Toen Christopher Reeve letsel aan de ruggenwervels opliep door een val van zijn paard, waren zijn hersenbanen nog intact en konden deze nog signalen afgeven om het lichaam te laten bewegen. Maar die signalen konden de wervelkolom niet meer bereiken vanwege het letsel," zegt Rajesh Rao, directeur van CSNE en professor computerwetenschappen aan de Universiteit van Washington. "Met onze implantaten proberen wij weer die verloren hersenverbindingen te herstellen door de hersensignalen te decoderen en het juiste onderdeel van de wervelkolom te stimuleren en zo de persoon weer te laten bewegen.

De implantaten waar het onderzoekscentrum aan werkt worden bi-directionele hersenen-computerinterfaces genoemd. Deze moeilijke omschrijving houdt simpel gezegd in dat je hersenen en het implantaat met elkaar kunnen 'communiceren' en dat de signalen beide richtingen opgaan. Het idee is dat deze stukjes technologie worden geïmplanteerd in de hersenen, zodat zij hersensignalen kunnen opnemen en decoderen. Deze signalen worden gevormd wanneer een persoon iets wil gaan doen, zoals lopen of een kopje oppakken. De implantaten zorgen ervoor dat de signalen niet langs het beschadigde stukje zenuwstelsel hoeft, maar via een andere weg kan gaan zodat het verlamde ledemaat toch weer kan bewegen.

Het Center for Sensorimotor Neural Engineering is een gezamenlijk project van de Universiteit van Washington, het Massachusetts Institute of Technology, en San Diego State University. Het project startte in 2011 en kreeg 18,5 miljoen dollar (ongeveer 17 miljoen euro) van het NSF. Naast de bi-directionele implantaten werken de onderzoekers van het centrum ook aan het verbeteren van bestaande implantaattechnologie. Zo wordt voor de ziekte van Parkinson gebruik gemaakt van stimulators in de diepe hersenstructuren.

Meestal gaan deze implantaten trillingen en andere fysiologische effecten van Parkinson tegen door op een specifieke frequentie enorm veel signalen aan de hersenen af te geven. Het nadeel hiervan is dat de hersenen ook veel elektrische signalen krijgen wanneer het eigenlijk niet nodig is, bijvoorbeeld wanneer de persoon uitrust. Dit kan zorgen voor bijwerkingen en bovendien moeten er extra operaties worden uitgevoerd om de batterij van het implantaat te vervangen. De onderzoekers van het centrum proberen het ontwerp van de implantaten te verbeteren, zodat er alleen signalen worden afgegeven wanneer dat nodig is.

Het was een flinke opluchting voor de onderzoekers toen het NSF besloot om een extra gift te geven voor dit onderzoek, maar nu zij financiële zekerheid hebben, staan de volgende problemen voor de deur. Er zijn een aantal belangrijke technische en ethische kwesties waar een antwoord op gevonden moet worden tijdens het maken van de implantaten voor klinische testen. Ten eerste moet het team complexe algoritmes ontwikkelen die in staat zijn hersensignalen goed te interpreteren en signalen af te geven aan de juiste lichaamsdelen, zodat je niet per ongeluk je linkerhand gaat bewegen, terwijl je eigenlijk je rechterhand nodig had.

Ook moet het team een manier vinden om te zorgen dat het implantaat niet wordt afgestoten door de hersenen. Volgens Rao kan littekenweefsel rondom het implantaat gaan vormen, waardoor het niet meer goed werkt. Bovendien is het team op zoek naar manieren om de implantaten draadloos te maken, zodat de batterijen niet meer vervangen hoeven worden.

Een deel van de investering zal ook gebruikt worden om onderzoek te doen naar de ethische kant van deze hersenimplantaten. Rao zegt namelijk in de Seattle Times dat de implantaten mogelijk leiden tot "fundamentele gevolgen voor de identiteit".

Ondanks het werk dat hen nog te wachten staat, blijven Rao en zijn team optimistisch over de toekomst van hun implantaten. Hij hoopt binnen vijf jaar het concept te kunnen bewijzen bij proefpersonen, wat de eerste stap zou zijn om goedkeuring te krijgen voor het medisch gebruik van de implantaten.

"Het is een erg gerichte manier van rehabilitatie, in tegenstelling tot medicijnen of fysiotherapie," zegt Rao in de Seattle Times. "Het zou een radicale verandering kunnen betekenen voor de manier waarop we mensen helpen na een hersenbloeding of letsel aan de ruggenwervels."