BCI: een interiew met dr. Femke Nijboer

10-12-2014

Vandaag verschijnt de nieuwe editie van Ronduit Roessingh, met daarin een interview met dr. Femke Nijboer over BCI. Voor het magazine hebben wij het interview moeten inkorten. Hieronder leest u het volledige artikel.

Hersengolven als hulpmiddel voor ALS-patiënten?

Enige tijd geleden verscheen in diverse media het bericht dat Philips en Accenture zich gaan bezighouden met brainwave-technologie. Een interessante ontwikkeling. Maar wat is er eigenlijk al mogelijk met hersengolven? Zijn er al concrete producten op de markt of zijn we het stadium van ontwikkeling en onderzoek nog niet voorbij? Een interview met dr. Femke Nijboer, assistent professor Neuropsychologie in de vakgroep Gezondheids-, Medische en Neuropsychologie van de Universiteit Leiden.

Wat is BCI eigenlijk?

‘Een Brain-Computer Interface is een systeem dat activiteit in de hersenen omzet naar commando’s. Er zijn een paar strategieën om zelf je hersenactiviteit te veranderen. Je kunt je bijvoorbeeld inbeelden dat je je rechterhand beweegt. Dit leidt tot veranderde hersensignalen op je linkerhersenhelft. Die verandering wordt door een speciale computer opgepikt en omgezet naar bijvoorbeeld een druk op een knop. Het is dus niet zo dat gedachtes kunnen worden omgezet naar commando’s. Gedachtes zijn heel complex en in de nabije toekomst niet te ontcijferen in de hersenactiviteit.’

Hoe worden die hersensignalen gemeten?

‘Er zijn verschillende methodes om hersenactiviteit te meten. En die verschillende methodes geven ook verschillende resultaten in hoe goed en gedifferentieerd je commando’s kan geven. Met zogenaamde non-invasieve methoden (EEG, MEG, fNIRS) kun je met sensoren op of dichtbij je hoofdhuid signalen oppikken vanaf de hersenen. Dit zit dan wel vol met ruis, dus het moet vaak gefilterd en gemiddeld worden. Met invasieve methoden kun je signalen oppikken direct vanaf de oppervlakte van de hersenen (ECoG) of van binnen de hersenen (Multi-electrode array recording). Ook deze signalen moeten wel wat gefilterd worden, maar hoeven vaak niet gemiddeld te worden en geven ook veel meer informatie.

Daarnaast lijkt het zo te zijn dat hoe “invasiever” het signaal uit de hersenen wordt opgepikt, des te minder moeite het iemand kost om de commando’s te geven. Iemand met een multi-electrode array hoeft bijvoorbeeld niet aan een rechterhandbeweging te denken, het commando lukt gewoon. Invasieve methoden lijken dus efficiënter te zijn.’

Wat kan BCI betekenen voor mensen met een handicap?

‘Om eerlijk te zijn weten we nog niet wat BCI’s kunnen betekenen voor mensen met een beperking. Wij, wetenschappers en neuro-engineers, veronderstellen wel wat ze kunnen betekenen. Maar soms zijn onze veronderstellingen gebaseerd om verkeerde aannames.

Soms zijn mensen na een ongeval of door een progressieve hersenaandoening dusdanig verlamd dat ze niet meer kunnen praten en ook moeilijk een knop kunnen indrukken of typen. Hierdoor hebben deze mensen speciale apparatuur nodig om te communiceren of om hun apparatuur voor dagelijks gebruik te besturen (bijv. rolstoel, licht of tv). Met behulp van – nu al bestaande – slimme sensoren kunnen we veel meer subtiele intenties meten als een fysieke knop-indruk niet meer lukt. Zo kun je bijvoorbeeld met een eyetracker of headtracker iemand een “cursor” op een beeldscherm geven. Maar wat gebeurt er als iemand zijn ogen of hoofd ook niet meer kan bewegen, bijvoorbeeld bij een locked-in syndroom? Dan hebben zou een BCI een uitkomst kunnen bieden.

Een andere toepassing voor BCI is voor mensen met amputaties van een arm of been. Onderzoeker en engineers werken aan een robotarm die je met een BCI kan besturen. Dit onderzoek gebeurt vrijwel uitsluitend in de VS. Er zijn al klinische trials geweest met mensen en er is aangetoond dat mensen kunnen leren zo’n robotarm te gebruiken met zulke precisie dat ze bijvoorbeeld een stukje chocola konden pakken en opeten. Een erg belangrijke en niet-te-onderschatten menselijke functie!’

Kan BCI al in de praktijk worden toegepast?

‘Er is natuurlijk een groot verschil tussen het aantonen dat iets haalbaar is en het gebruiken van BCI’s in het dagelijkse leven van mensen. Er zijn voor zover ik weet 3 bedrijven die actief EEG-BCI’s produceren voor mensen met een communicatiebeperking. Ik schat dat die bedrijven samen niet meer dan 100 systemen hebben verkocht en ik denk dat de meeste systemen zijn verkocht aan andere onderzoekers en niet aan mensen met beperkingen. In de praktijk blijkt het gebruik en onderhoud van een BCI nog erg moeilijk en tijdsintensief te zijn. Ook werkt een BCI op de ene dag beter dan op de andere dag. Dat draagt natuurlijk niet bij aan de gebruiksvriendelijkheid. Alternatieven zoals eye tracking zijn vaak, mits mogelijk, efficiënter en goedkoper.

Er zijn echter wel een paar succesverhalen. Scott Mackler, bijvoorbeeld, was een wetenschapper die ALS kreeg en hierdoor in de locked-in toestand geraakte. Met behulp van een BCI (een team van wetenschappers) kon hij door blijven werken in zijn eigen lab. Heide Pfützner, een vrouw met ALS en in locked-in toestand in Duitsland, schildert met behulp  van een BCI en exposeert momenteel haar werk Würzburg.’

Wat is de huidige stand van zaken?

‘Er zijn op dit moment absoluut spannende dingen gaande. In Nederland start dit jaar een project in het UMC Utrecht waarbij men mensen met het locked-in syndroom wil laten communiceren met een BCI met ECoG electroden. Dit betekent dat de electroden onder de schedel direct op de hersenen worden bevestigd. Men is nog op zoek naar geschikte vrijwilligers.

Onlangs werd ook bekend dat Philips en Accenture een samenwerkingsproject hebben om een concept-app te ontwikkelen waarmee mensen met voortschrijdende beperkingen kunnen communiceren met verschillende sensoren. In het begin van een ziekte als ALS kun je dan misschien touch gebruiken, later eye tracking en nog weer later hersenactiviteit. Dit project heeft alleen nog maar een concept bedacht en er zijn nog geen gebruikerstests geweest met de doelgroep, maar toch is het noemenswaardig. Ten eerste heeft de ontwikkeling van BCI waarschijnlijk de stuwing van een groot bedrijf nodig. Ten tweede gebruiken de ontwikkelaars apparatuur die al op de markt is. De afgelopen jaren heb ik vele interviews gedaan met mensen met beperkingen (door locked-in syndroom, ALS, SMA, dwarslaesie) en velen van hen zeggen dat ze graag gangbare apparatuur zouden willen hebben, die wel een hulpmiddel zijn, maar er niet uit zien als een hulpmiddel. Projecten als deze dragen hopelijk daaraan bij.’

Wat kunnen we in de nabije toekomst nog verwachten?

‘Voor EEG-BCI’s, niet al te veel, is mijn voorzichtige antwoord. In 1999 liet Birbaumer al een man met het locked-in syndroom communiceren. Ikzelf en vele anderen hebben vaak aangetoond dat het kan, maar er gebeurt bijna niks met dat soort resultaten. Wat ontbreekt is een transfer naar de markt. Bedrijven haken vaak af als ze merken hoe moeizaam het onderzoek gaat en hoe klein de doelgroep is. Ondanks hoe het in de media gepresenteerd wordt, kunnen veel locked-in patiënten toch vaak nog wel een knop bedienen, zodat ze hun hulmiddelen kunnen aansturen. En die knoppen zijn natuurlijk nog altijd makkelijker en betrouwbaarder dan een BCI.

Ik verwacht dat de innovatie zal komen uit de hoek van moderne gecrowdfunde en opensource projecten van jonge enthousiaste doeners. Zie bijvoorbeeld het verhaal van Tempt, een graffiti artist met ALS, die met behulp van een zelfgeknutselde eyewriter na 7 jaar weer graffiti kon maken. Dit systeem is nu doorontwikkeld als BrainWriter.

EEG sensoren, computers, 3d-printers en apps, ze worden allemaal toegankelijker en makkelijker om mee te knutselen. De gemiddelde locked-in patient heeft altijd wel een handig neefje of nichtje die hem helpt met zijn techniek. In de toekomst denk ik dat hulpmiddelen veel meer door gebruikers zelf bedacht en ontwikkeld worden. Dat is ook echt iets wat mensen met beperkingen willen: coole technologie die niet stigmatiserend werkt.’

Femke Nijboer doet onderzoek naar de ethische, juridische en sociale aspecten van BCI. De afgelopen jaren werkte zij aan de Universiteit Twente voor het Europese ‘Future BNCI’ project, waarin ze verantwoordelijk was voor het schrijven van een roadmap voor toekomstige BCI-toepassingen. Daartoe testte zij jarenlang BCI’s met locked-in patiënten en deed ze onderzoek naar levenskwaliteit en depressie bij mensen met ALS.