Wetenschappers zijn er inmiddels in geslaagd om te achterhalen waar je gedachten zich afspelen. Ze hebben deze vinding meteen een toepassing gegeven – met succes.
De afgelopen jaren komen ze steeds vaker voor: zogeheten brain-computer interfaces (BCI’s). Kort gezegd werkt een BCI door hersenactiviteit op te nemen met sensoren en de resulterende data om te zetten naar instructies voor een computer – bijvoorbeeld om een bepaalde zin uit te spreken. Tot voor kort maakten vooral spraak-BCI’s gebruik van signalen die via de motorische zenuwbanen naar de spreekspieren werden gestuurd.
Daar is nu verandering in gekomen. Onderzoekers hebben namelijk een nieuwe generatie BCI ontwikkeld die – met behulp van kunstmatige intelligentie – gedachten direct kan ‘uitlezen’ en correct interpreteren, zonder dat de gebruiker hoeft te proberen te spreken.
Onder leiding van onderzoeker Erin Kunz is de ontdekking gedaan. “Dit is de eerste keer dat het ons is gelukt om te begrijpen hoe hersenactiviteit eruitziet op het moment dat iemand alleen denkt aan spreken,” zegt Kunz. “Voor mensen met ernstige spraak- en motorische beperkingen kan dit een veel makkelijkere en natuurlijkere manier van communiceren zijn.” Het onderzoek is gepubliceerd in Cell.
Gedachten uitlezen
Hoewel eerdere BCI-systemen al sneller waren dan oudere communicatiemethoden, waren ze nog altijd niet bijzonder gebruiksvriendelijk. Voor mensen met beperkte spiercontrole kan het gebruiken van oudere BCI’s erg zwaar en vermoeiend zijn. Dat komt doordat oudere BCI’s werken door hersenactiviteit in de motorische cortex uit te lezen via implantaten. Hiervoor moeten gebruikers proberen om te spreken, wat erg zwaar kan zijn op het moment dat je een verlamming hebt.
Voor het nieuwe onderzoek werkte het team met vier deelnemers die ernstig verlamd waren, bijvoorbeeld door amyotrofische laterale sclerose (ALS) of een hersenstamberoerte. Hen werd gevraagd een set woorden hardop uit te spreken, en vervolgens diezelfde woorden alleen in gedachten te vormen.
Uit de metingen bleek dat beide taken – hardop spreken en in gedachten spreken – grotendeels dezelfde hersengebieden activeerden en vergelijkbare activiteitspatronen veroorzaakten. Het verschil zat vooral in de signaalsterkte: gedachten genereerden zwakkere signalen dan daadwerkelijke spraakpogingen.
AI
Met deze gegevens trainde het onderzoeksteam verschillende AI-modellen om de juiste woorden te herkennen. Tijdens een testdemonstratie bleek dit al opmerkelijk goed te werken: met een vocabulaire van ongeveer 125.000 woorden wist het systeem soms tot wel 74% van de gedachten correct te interpreteren.
Opvallend was dat de nieuwe BCI ook woorden kon herkennen die niet expliciet in de trainingsset voorkwamen. Zo kon het systeem bijvoorbeeld correct benoemen welke getallen een deelnemer in gedachten telde terwijl hij of zij naar een reeks roze cirkels op een scherm keek.
Chitty Chitty Bang Bang
Volgens de onderzoekers verschillen de hersenpatronen van innerlijke spraak en daadwerkelijke spraakpogingen voldoende om ze van elkaar te onderscheiden. Daardoor is het ook mogelijk om bepaalde gedachten juist níét te laten registreren. Dat kan handig zijn voor gebruikers die hun gedachten tijdelijk privé willen houden.
In een test voerden de onderzoekers een wachtwoord in: zodra de deelnemer in gedachten de zin “chitty chitty bang bang” formeerde, stopte het systeem met opnemen en uitspreken van innerlijke gedachten. Dit biedt een extra laag controle en privacy.
Hoopvolle toekomst
Vooral voor mensen die door ziekte of letsel niet meer kunnen praten, zou de technologie een enorme stap vooruit betekenen. Ook onderzoeker Frank Willett, die meewerkte aan het project, ziet veel potentie. “De toekomst van BCI’s ziet er veelbelovend uit,” zegt hij. “Ons werk geeft hoop dat spraak-BCI’s op een dag net zo vloeiend, natuurlijk en comfortabel zullen communiceren als wij nu doen.”
