Simulator van visuele prothese geeft glimp van de toekomst

Onderzoekers van het Nederlands Herseninstituut hebben samen met hun collega’s aan het Donders Instituut een simulator ontwikkeld die kunstmatige visuele waarnemingen mogelijk maakt voor onderzoek naar de visuele prothese. Deze open source tool is beschikbaar voor onderzoekers, en wordt daarnaast ook ingezet om andere geïnteresseerden inzicht te geven in de toekomstige toepassing.

Blindheid treft ongeveer veertig miljoen mensen over de hele wereld en wordt naar verwachting in de komende jaren steeds vaker voorkomend. Patiënten met een beschadigd visueel systeem kunnen grofweg in twee groepen worden ingedeeld: degenen bij wie de schade zich bevindt voor of in de fotoreceptoren van het netvlies; en degenen bij wie de schade zich verderop in het visueel systeem bevindt. Voor de eerste groep patiënten zijn de laatste jaren diverse netvlies-prothesen ontwikkeld en zijn klinische tests onderweg. De problemen van de tweede groep zijn moeilijker aan te pakken.

Een mogelijke oplossing voor deze patiënten is het stimuleren van de hersenschors. Door elektroden in de visuele hersenschors te implanteren en het omringende weefsel met zwakke elektrische stroompjes te stimuleren, kunnen kleine lichtpuntjes, bekend als ‘fosfenen’, worden opgewekt. Deze prothese zet camera-invoer om in elektrische stimulatie van de hersenschors om een deel van het aangetaste visuele systeem te omzeilen en op die manier toch een vorm van zicht mogelijk te maken. Je kunt het vergelijken met een matrixbord langs de snelweg, waar individuele lichtjes samen een beeld vormen.

Hoe we ervoor kunnen zorgen dat zo’n implantaat daadwerkelijk gebruikt kan worden om op straat te navigeren of teksten te lezen, blijft een belangrijke vraag. Maureen van der Grinten en Antonio Lozano, uit de groep van Pieter Roelfsema, zijn samen met collega’s van het Donder’s Instituut onderdeel van een groot Europees consortium. Dit consortium werkt aan een prothese die gericht is op de visuele hersenschors. Maureen van der Grinten benadrukt: “Op dit moment bestaat er een discrepantie tussen de hoeveelheid elektroden die we bij mensen kunnen implanteren en de functionaliteiten die we allemaal zouden willen testen. De hardware is nu simpelweg nog niet ver genoeg. Om dit gat te overbruggen wordt het proces vaak nagebootst door middel van een simulatie.”

Simulated Phosphene Vision

“In plaats van te wachten tot blinde mensen implantaten hebben ontvangen, is het idee dat we op basis van de kennis die we hebben, de situatie na proberen te bootsen, en dat te gebruiken als basis om te kijken hoeveel lichtpuntjes mensen nodig hebben om bijvoorbeeld een deur te kunnen vinden. We noemen dit ‘simulated phosphene vision’. Tot dusver is dit alleen getest met simpele vormen: 200 lichtpuntjes die mooi rechthoekig als even grote pixels op een scherm georiënteerd zijn. Mensen kunnen dit testen met een VR bril, wat heel nuttig is, maar het komt natuurlijk niet overeen met het daadwerkelijke zicht van blinde mensen met een prothese.”

“Om dichter bij de realiteit te komen, hebben wij een hele lading literatuur bij elkaar geraapt, modellen gemaakt en gevalideerd en gekeken in hoeverre de resultaten overeenkomen met de effecten die mensen rapporteerden. Het blijkt dat de puntjes sterk variëren in vorm en grootte, afhankelijk van de parameters die worden gebruikt bij de stimulatie. Je kunt je voorstellen dat als je meer stroom geeft, dat de stroom in de hersenen zich verder verspreidt, meer neuronen raakt en dus een groter lichtpuntje geeft. En ook de plek waar de elektrode zit, bepaalt het formaat van de puntjes. Door de verschillende parameters te beïnvloeden, hebben we gekeken hoe dat daadwerkelijk verandert wat mensen zien.”

Openbaar toegankelijk

“De simulator wordt momenteel in Nijmegen al ingezet voor onderzoek, waarbij ze specifiek de impact van oogbewegingen onderzoeken. Met dit artikel hopen we ook andere onderzoekers de mogelijkheid te bieden gebruik te maken van onze simulatie. We willen benadrukken dat de simulator openbaar toegankelijk is voor iedereen, met de flexibiliteit voor aanpassingen waar nodig. Bovendien is het mogelijk om de simulatie met behulp van AI te optimaliseren, om duidelijker te hebben wat voor stimulatie daadwerkelijk nodig is om een specifiek beeld te krijgen.”

“Daarnaast gebruiken we de simulator nu ook om mensen een idee te geven waar dit onderzoek naartoe zou kunnen gaan en wat men kan verwachten als over een paar jaar de eerste behandelingen worden uitgevoerd. Door middel van een VR-bril kunnen we simuleren hoe de situatie nu is met 100 elektroden, en laten zien hoe beperkt het zicht van deze mensen nog is: ze kunnen wellicht een deur vinden, maar het is nog niet mogelijk om gezichtsuitdrukkingen te herkennen. Maar we kunnen ook laten zien wat de situatie is wanneer we tienduizenden elektroden plaatsen en wat het ons brengt als deze techniek ver genoeg ontwikkeld is.’

Deze video toont een voorbeeldfragment van de simulator met normaal beeld (links), een beeld waarin de randen automatisch uit het normaal beeld worden gehaald (midden), en het uiteindelijke beeld met 100 elektroden (rechts).

Bron: eLife