Een klein apparaatje (iBrain)

← ga terug naar Recente technologische ontwikkelingen

20-04-2012

Een klein apparaatje dat probeert om je gedachten te lezen

Door DAVID EWING DUNCAN

SAN DIEGO - reeds omringd door machines die hem toelaten om, weliswaar moeizaam, te communiceren, droeg de natuurkundige Stephen Hawking afgelopen zomer iets wat leek op een modieuze zwarte hoofdband die een vederlicht apparaatje ter grootte van een klein luciferdoosje op zijn plaats hield.

Dit simpel ogende apparaat, genaamd de iBrain, maakt deel uit van een experiment dat tot doel heeft dat Dr Hawking - lang verlamd door Amyotrofische Laterale Sclerose – kan communiceren door alleen maar te denken.

De iBrain maakt deel uit van een nieuwe generatie van draagbare apparaten en neurale algoritmes bedoeld om aandoeningen zoals slaapapneu, depressie en autisme te controleren en diagnosticeren. Uitgevonden door een team onder leiding van Philip Low, een 32-jarige neurowetenschapper die chief executive van NeuroVigil, een bedrijf gevestigd in San Diego, krijgt de iBrain steeds meer aandacht als een mogelijk alternatief voor dure slaaplaboratoria, deze gebruiken rubberen en kunststof hoofddeksels doorweven met tientallen elektroden en vereisen gewoonlijk van een patiënt om te overnachten.

Dr Low zei: "De iBrain kan gegevens verzamelen in real time terwijl een persoon in zijn eigen bed slaapt, wanneer hij TV kijkt, of bij het uitoefenen van zo ongeveer elke andere activiteit."

Het apparaat maakt gebruik van één enkel kanaal om golven van elektrische hersensignalen te detecteren, die veranderen met verschillende activiteiten en gedachten, of met de pathologieën die specifiek zijn voor hersenaandoeningen.

Maar de ruwe golven zijn moeilijk te ïnterpreteren, omdat ze door de vele plooien van de hersenen en dan de schedel moeten, daarom worden ze geïnterpreteerd met een algoritme dat Dr Low eerst maakte voor zijn Ph.D., behaald in 2007 aan de Universiteit van Californië, San Diego. (Het oorspronkelijke onderzoek, gepubliceerd in The Proceedings van de National Academy of Sciences, werd gedaan op zebravinken.)

Over het Hawking experiment, zei hij: "Het idee is om te zien of Stephen zijn geest kan gebruiken om een consistent en herhaalbaar patroon te maken dat een computer kan vertalen naar bijvoorbeeld, een woord of een brief of een opdracht voor een computer."

De onderzoekers reisden naar Dr Hawkings kantoren in Cambridge, Engeland, voorzagen hem van de iBrain hoofdband en vroegen hem zich"voor te stellen dat hij zijn rechterhand kon kneden tot een bal," zei Dr Low. "Natuurlijk kan hij zijn hand niet echt verplaatsen, maar de motor cortex in zijn hersenen genereert nog steeds het commando en ook de elektrische golven in zijn hersenen."

Het algoritme, genaamd Spears, slaagde erin Dr Hawkings gedachten te onderscheiden als signalen, die werden voorgesteld als een reeks van pieken op een rooster.

"We wilden zien of er enige verandering was in het signaal," verklaart Dr Low. "En effektief we zagen een verandering in het signaal." NeuroVigil is van plan om het onderzoek te herhalen in grote populaties van patiënten met ALS en neurodegeneratieve ziekten.

Deze voorlopige resultaten komen nu voor Dr Hawking het vermogen om te communiceren daalt naarmate zijn ziekte vordert. De 70-jarige natuurkundige, wiens geest cruciale inzichten heeft in de theoretische natuurkunde en de bestseller 'A Brief History of Time' publiceerde, doet nu enkele minuten over het genereren van een eenvoudige boodschap. Hij gebruikt hiervoor een infrarood bril die samentrekkingen in zijn wang oppikt. Zijn team in Cambridge, Engeland, noemt dit de "wang schakelaar."

"Dr Low en zijn bedrijf hebben uitstekend werk geleverd op dit gebied" zei Dr Hawking in een verklaring. "Ik neem deel aan dit project, in de hoop dat ik NeuroVigil inzichten en praktische adviezen kan bieden. Ik wil helpen bij het onderzoek, investeringen op dit gebied aanmoedigen, en, belangrijker nog, hoop te bieden voor de toekomst aan mensen met de diagnose ALS en neurodegeneratieve aandoeningen."

De natuurkundige heeft ook samengewerkt met andere uitvinders, op zoek naar een betere manier om zijn gedachten tot uiting te brengen. Ingenieurs van de halfgeleider-en computer-gigant Intel hebben onlangs een aangepaste computer die kan communiceren met zijn wang lezende infrarood bril aangesloten, samen met een voice synthesizer, een webcam voor het gebruik van Skype, en speciale monitoren. Intel ontwikkelt nieuwe face-herkenning software die subtiele veranderingen in expressie kan controleren en Dr Hawking kan helpen efficiënter te communiceren.

Wetenschappers ,niet gelieerd aan Dr Low, zeggen dat ze worden aangemoedigd door het potentieel van de iBrain's. "Philip Low's apparaat is een van de beste single-channel hersenmonitoren die er zijn," zegt Ruth O'Hara, een professor in de psychiatrie en gedragswetenschappen aan de Stanford University Medical School. Ze is van plan om de iBrain te gebruiken voor autisme studies. NeuroVigil heeft niet gezegd wat het apparaat gaat kosten.

"Ik kan niet spreken over de juistheid van zijn meest recente gegevens, die werden niet bekendgemaakt,” voegt Dr O'Hara toe: "maar de voorlopige gegevens die ik heb gezien zijn overtuigend. Het kan een belangrijke bijdrage zijn aan het onderzoeksdomein,als een soort venster in de architectuur van de  hersenen."

Dr Terry Heiman-Patterson, een neuroloog en ALS specialist aan de Drexel University College of Medicine, zei dat ze in overleg was met NeuroVigil om het apparaat te gebruiken op ALS-patiënten, om te zien hoe ze de vergelijking doorstaan met apparaten die meerdere kanalen en elektroden gebruiken.

"Dr Low onderzoekt signalen die gebruikt kunnen worden voor impulsgeneratie, dat wordt nu wel heel spannend, omdat het lijkt alsof ze in staat zijn om het te doen werken- voor Stephen Hawking en andere mensen met ALS," zei Dr Heiman-Patterson.

Patiënten willen in staat zijn om te communiceren met de buitenwereld, beter dan alleen “ja” en “neen” zeggen door met een oog te knipperen. Ze willen een e-mail kunnen sturen, het licht uitschakelen en, meer nog, een zinvol gesprek kunnen voeren.

Monitoren als de iBrain worden ook gebruikt om te beoordelen of experimentele neurologische medicijnen werken in klinische studies.

In 2009, heeft NeuroVigil een overeenkomst afgesloten met geneesmiddelengigant Hoffmann-La Roche om de iBrain te testen. Geen van beide bedrijven heeft details vrijgegeven over hun eerste tests. "De strategie van NeuroVigil," zei Dr Low, "is klinische proeven uit te voeren in samenwerking met Roche en andere partners in de industrie en de academische wereld, en om de goedkeuring van de Food and Drug Administration te bekomen."

Andere bedrijven maken ook single-channel hersenen monitoren, maar in tegenstelling tot NeuroVigil verkopen ze de apparaten en de software rechtstreeks aan de consument, meestal online.

Zeo, bijvoorbeeld, gevestigd in Massachusetts, concentreert zich op het meten van slaap patronen door middel van een smartphone app of een klok-radio apparaat - respectievelijk beschikbaar voor $ 99 en $ 143. Emotiv Systems, in San Francisco, biedt haar Epoc headset voor 299 dollar aan, plus een scala aan applicaties en add-ons die onder andere neurofeedback, 3-D brain-mapping tools en games als Angry Birds omvatten, alle gebruiken een combinatie van gedachten en gezicht spierbewegingen die geregistreerd worden door verscheidene elektroden die contact maken met het hoofd van een klant.

"We hebben geen plannen om een academische weg in te slaan," zegt Zeo's chief executive, Dave Dickinson, die eraan toevoegde dat de klanten van zijn bedrijf reeds een miljoen uur aan slaaptijd gelogd hebben. Hij wou niet zeggen hoeveel apparaten zijn verkocht. Emotiv is opgericht in 2003 en heeft naar verluidt 10.000 apparaten verscheept.

Dr Low is van plan om weer met Dr Hawking samen te werken om deze zomer in Cambridge hun eerste gegevens te presenteren op een bijeenkomst van neurowetenschappers begin juli. NeuroVigil zal blijven samenwerken met Dr Hawking en zijn team om hun technologie te verfijnen en om signalen gegenereerd door Dr Hawking's gedachten te ontcijferen. "Op het moment denk ik dat mijn wang switch sneller is" dan de brain-computer interface, zei Dr Hawking in een e-mail die verstuurd werd door een assistent, "maar moest dit veranderen, dan zal ik Philip Low's systeem te proberen."

Er is echter nog veel werk, vooral met de integratie van de hersenengolven van Dr Hawking met de computers en apparaten die hem in staat stellen om te communiceren.

"Zou het niet prachtig zijn," Dr Low zei: "om een brein te hebben, zoals Stephen Hawking en in staat zijn om zelf te communiceren, al was het maar een beetje beter?"

 

Vertaling: Christopher Willems

Bron: The Atlantic Wire

Share