Nieuw hulpmiddel brengt ons een stap dichterbij visuele implantaten

Onderzoekers van het Nederlands Herseninstituut zijn een samenwerking aangegaan met verschillende universiteiten om een nieuw openbaar hulpmiddel te ontwikkelen dat kan worden gebruikt om de plaatsing van hersenimplantaten op grote schaal te optimaliseren.

Ongeveer veertig miljoen mensen wereldwijd zijn blind, een aantal dat naar verwachting de komende jaren zal toenemen. De groep van Pieter Roelfsema werkt aan elektroden die direct geïmplanteerd kunnen worden op de visuele hersenschors van het brein. Dit kan uiteindelijk een rudimentaire vorm van zicht terugbrengen.

In samenwerking met Rick van Hoof en Rainer Goebel van de Universiteit van Maastricht, heeft Antonio Lozano met zijn collega’s van de Roelfsema groep een hulpmiddel ontwikkeld die de plaatsing van een dergelijk implantaat kan optimaliseren. “Iedereens brein is zo verschillend, dus niet elk ontwerp zal perfect zijn voor elk persoon”, legt hij uit.  “De locatie van een implantaat moet daarom worden aangepast per individu.”

Over de hele wereld zijn meerdere onderzoeksgroepen bezig met het ontwikkelen van hersenimplantaten. “We komen dichter bij concrete resultaten, maar we zijn niet de enige. Bedrijven zoals Neuralink vorderen ook erg snel. Zodra deze implantaten klinische testen bereiken en de technologie zich verder ontwikkelt, zullen er implantaten komen met een steeds hoger aantal kanalen en een grotere visuele dekking. De beschikbaarheid van chirurgen zou echter een belangrijke bottleneck kunnen worden”, legt Lozano uit.

Een persoonlijke aanpak

Kiezen waar de prothese geïmplanteerd moet worden hangt af van veel verschillende factoren, maar Lozano’s hulpmiddel houdt rekening met enkele belangrijke daarvan. De eerste factor is de totale oppervlakte die gedekt moet worden (oftewel, hoe groot moet het implantaat zijn?). Een andere factor is de opbrengst: hoe kan het implantaat op zo’n manier geplaatst worden dat het zoveel mogelijk zenuwcellichamen bereikt? De derde factor is wat ingewikkelder en houdt rekening met de manier waarop het brein de buitenwereld representeert: met meer resolutie in het centrum van het visuele veld, en een lagere resolutie richting de periferie. Sommige bedrijven en ontwerpers kunnen implantaten creëren die de natuurlijke verdeling in resolutie over het gezichtsveld volgen, terwijl anderen een implantaat kunnen ontwerpen waarbij het kunstmatige visuele signaal gelijkmatig verdeeld wordt.

Daarnaast moet het hulpmiddel natuurlijk veilig zijn. “Dit is wellicht het belangrijkste onderdeel”, benadrukt Lozano terwijl hij een grote groep aderen aanwijst die de visuele hersenschors van het brein bedekken. “Schade toebrengen aan deze aderen moet hoe dan ook voorkomen worden. Ons algoritme zoekt daarom naar de perfecte balans die de opbrengst optimaliseert en de veiligheidsrisico’s minimaliseert”, legt hij uit.

Een effectief algoritme voor kunstmatig zicht

Om de optimale locatie te identificeren, incorporeert Lozano’s hulpmiddel een dataset van Noah Benson, een senior dataonderzoeker uit New York. Door deze dataset te gebruiken kan het hulpmiddel voorspellen wat iemand zal zien wanneer het implantaat is geplaatst op die specifieke locatie. Als dit proces wordt herhaald op verschillende plekken, kan het hulpmiddel identificeren wat de optimale positie is per individu.

De stappen kunnen worden vergeleken met die van een chirurg, die de behoeften van een persoon vaststelt en de optimale locatie voorspelt via een intensief proces van vallen en opstaan. “Ons hulpmiddel heeft niet veel rekenkracht nodig, maar is erg efficiënt”, voegt Lozano toe. “Door deze dataset uit New York te gebruiken, kan een chirurg echte voorspellingen doen en de implantaatlocatie optimaliseren voor honderden mensen.”

Doordat de data gebaseerd is op patiënten die wel kunnen zien, blijft het onduidelijk wat een blind persoon zal kunnen zien met een dergelijk implantaat. Voor onderzoeksdoeleinden heeft de groep van Lozano daarom een VR-model gebouwd. “We kunnen nog steeds niet met absolute zekerheid zeggen hoe de hersenen zullen reageren op externe stimulatie, maar dit model is een goede voorspelling”.

Grootschalige en effectieve implementatie

Een cruciaal aspect van Lozano’s hulpmiddel is dat het vrij beschikbaar is. “We willen dat andere laboratoria en organisaties ons hulpmiddel kunnen gebruiken”, voegt Lozano toe. Alhoewel het hulpmiddel al klaar voor gebruik en openbaar toegankelijk is, zal Lozano verder gaan met het ontwikkelen van zijn hulpmiddel. Deze update zou bijvoorbeeld rekening kunnen houden met extra implantaten of ‘flexibele draden’. “Omdat mijn werk slechts een computer nodig heeft, kan ik vooruitwerken. Daarnaast is het gewoon een erg leuk proces”, grinnikt hij.

Lozano hoopt at het hulpmiddel meteen toegepast kan worden wanneer implantaten klaar zijn voor klinische testen. “We willen deze technologie zo bruikbaar en veilig mogelijk maken voor een hoop mensen. Daarom leggen we de nadruk op de grootschaligheid van het hulpmiddel. Het gaat niet alleen om de grote getalen. Met ons hulpmiddel kunnen neurochirurgen het ontwerp van breinimplantaten effectief optimaliseren. Ik denk zeker dat dat erg nuttig is”.

Bekijk de infographic

Bron: Journal of Neural Engineering