Tastzintuig wordt hersteld door kunstmatige hersenstimulatie
Iemand een nieuwe arm of been geven is
allang geen probleem meer. Zelfs een kunstarm met je hersenen aansturen
kan tegenwoordig al. Nu wordt het ook mogelijk om met je prothese te
voelen.
Als het aan een groep Amerikaanse onderzoekers ligt, kunnen
protheses binnenkort voelen. Door de hersenen op de juist plaatsen de
stimuleren met elektrische signalen kan de tastzin worden
gereconstrueerd. Belangrijke informatie over de locatie en de druk van
de aanraking kan de hersenen op een kunstmatige manier bereiken. Het
onderzoek biedt mogelijkheden om gevoel terug te geven aan mensen die de
tastzin ooit zijn verloren door amputatie, schrijven de wetenschappers
onder leiding van Gregg Tabot en John Dammann in het tijdschrift PNAS.
Tweerichtingsverkeer
Tast- en drukreceptoren zitten overal in de huid. In de
vingertoppen en de tong zijn er meer te vinden dan op de rug, die daarom
minder gevoelig is. Als je iets vasthoudt kan je nauwkeurig de
verschillende eigenschappen voelen. Is het hard of zacht? Robuust of
breekbaar? Is het oppervlak glad of juist ruw? Daarnaast merk je het
meteen wanneer iets uit je handen dreigt te glippen. Met je ogen is dat
nauwelijks waar te nemen.
Bij amputatie valt de tastzin van het betreffende lichaamsdeel weg. Hoewel we met onze hersenen al een kunstarm of een cursor op de computer kunnen aansturen, was het terugsturen van gevoelsprikkels naar de hersenen tot voor kort toekomstmuziek. Deze “feedback” is wel noodzakelijk voor de hersenen om je bewegingen te coördineren. Wanneer je bijvoorbeeld merkt dat een tas uit je hand dreigt te vallen, passen je hersenen je grip direct aan. Een ei houd je voorzichtiger vast dan een golfbal. Het tweerichtingsverkeer van informatie is essentieel voor de werking van een ledemaat.
Bij amputatie valt de tastzin van het betreffende lichaamsdeel weg. Hoewel we met onze hersenen al een kunstarm of een cursor op de computer kunnen aansturen, was het terugsturen van gevoelsprikkels naar de hersenen tot voor kort toekomstmuziek. Deze “feedback” is wel noodzakelijk voor de hersenen om je bewegingen te coördineren. Wanneer je bijvoorbeeld merkt dat een tas uit je hand dreigt te vallen, passen je hersenen je grip direct aan. Een ei houd je voorzichtiger vast dan een golfbal. Het tweerichtingsverkeer van informatie is essentieel voor de werking van een ledemaat.
Geen afgehakte ledematen
 | ||
| resusaap: © Marieke Kuijpers |
De onderzoekers hebben nu feedback ook bij protheses
bewerkstelligd. Hoe? Eerst raakten de onderzoekers de handen van
resusapen op twee verschillende plekken aan, bijvoorbeeld de wijsvinger
en de ringvinger. Ze leerden de apen om aan te geven wanneer de locatie
veranderde door na het tweede signaal op een knop te drukken die ‘naar
rechts’ of ‘ naar links’ betekende.
Vervolgens plaatsten ze elektroden in de hersenen, precies op de plek waar de neuronen van de vingers zitten. Dat is dus een minuscuul werkje. Deze kunstmatige vorm van stimulatie wordt ook wel intracorticale microstimulatie genoemd (ICMS). Wanneer een elektrode werd gestimuleerd, stuurde het een signaal naar de vingers. Op deze manier werd het tastzintuig nauwkeurig gesimuleerd. De apen drukten gemiddeld bij tachtig procent van de kunstmatig opgewekte signalen op de juiste knop, in vergelijking met negentig procent bij de natuurlijke aanrakingen. Belangrijk: er werden geen ledematen afgehakt voor dit onderzoek.
ICMS kan dus nauwkeurig de locatie van een aanraking bepalen. Is dat met druk ook zo? De wetenschappers gebruikten daarvoor signalen met verschillende intensiteiten. Vervolgens moesten de apen, nadat ze daarin waren getraind, aangeven of het tweede signaal sterker of minder sterk was dan het eerste signaal. Dat lukte even goed in de kunstmatige situatie door middel van ICMS als in de natuurlijke situatie.
Vervolgens plaatsten ze elektroden in de hersenen, precies op de plek waar de neuronen van de vingers zitten. Dat is dus een minuscuul werkje. Deze kunstmatige vorm van stimulatie wordt ook wel intracorticale microstimulatie genoemd (ICMS). Wanneer een elektrode werd gestimuleerd, stuurde het een signaal naar de vingers. Op deze manier werd het tastzintuig nauwkeurig gesimuleerd. De apen drukten gemiddeld bij tachtig procent van de kunstmatig opgewekte signalen op de juiste knop, in vergelijking met negentig procent bij de natuurlijke aanrakingen. Belangrijk: er werden geen ledematen afgehakt voor dit onderzoek.
ICMS kan dus nauwkeurig de locatie van een aanraking bepalen. Is dat met druk ook zo? De wetenschappers gebruikten daarvoor signalen met verschillende intensiteiten. Vervolgens moesten de apen, nadat ze daarin waren getraind, aangeven of het tweede signaal sterker of minder sterk was dan het eerste signaal. Dat lukte even goed in de kunstmatige situatie door middel van ICMS als in de natuurlijke situatie.
 |
| © Wikimedia Commons |
De apen konden nog altijd beter de taak met de knop uitvoeren
met hun eigen handen dan met kunstmatige signalen. Daarnaast was het
voor de apen moeilijker om het verschil in locatie tussen twee naast
elkaar liggende vingers te onderscheiden dan wanneer het verschil groter
was. Is het ooit mogelijk om alle druk- en tastreceptoren in de huid te
simuleren met ICMS? Dat vraagt een uitzonderlijke nauwkeurigheid en
veel onderzoek. De vraag is of dat het geld wel waard is.
Waarschijnlijk, want het onderzoek plaveit ook de weg naar
supergeavanceerde robots. En stel je eens voor wat je allemaal met
“voelende” robots kunt bereiken!
Bron: Wetenschap 24
Bron: Wetenschap 24
Geen opmerkingen:
Een reactie posten