Hij kan verschillende voorwerpen oppakken, verplaatsen en loslaten door zich simpelweg voor te stellen dat hij het doet.
Onderzoekers van UC San Francisco hebben een verlamde man in staat gesteld om dingen te doen die hij nooit had durven dromen. Jaren geleden was hij door een beroerte verlamd geraakt, waardoor hij niet meer kan bewegen en spreken. Maar dankzij een apparaat, de hersen-computerinterface (BCI), kan hij nu opnieuw voorwerpen oppakken.
Robotarm
Heel concreet gaat het om een robotarm die de verlamde man kan bedienen met een apparaat dat signalen van zijn hersenen rechtstreeks naar een computer stuurt, zo valt te lezen in het vakblad Cell. Hoewel hij zelf niet kan bewegen, is zijn brein nog steeds in staat de signalen voor een beweging te genereren zodra hij zich voorstelt die uit te voeren. De BCI pikt de hersenactiviteit van deze bewegingen op via de sensoren op zijn hersenen. Op die manier kan de verlamde man voorwerpen oppakken, verplaatsen en loslaten.
AI-model
De BCI gebruikt een AI-model dat zich aanpast aan de kleine veranderingen in de hersenen wanneer iemand een beweging herhaalt – of in dit geval, zich een beweging voorstelt – en leert die beweging steeds verfijnder uit te voeren. “Deze samenwerking tussen mens en AI is de volgende stap voor hersen-computerinterfaces”, zegt neuroloog Karunesh Ganguly. “Het is de sleutel om geavanceerde, realistische functies te realiseren.”
Zeven maanden
Het apparaat functioneerde maar liefst 7 maanden lang zonder dat het aangepast hoefde te worden. En dat is ongekend. Tot nu toe werkten soortgelijke apparaten slechts een paar dagen. Hoe de onderzoekers dat voor elkaar hebben gekregen? De doorbraak kwam toen ontdekt werd hoe de hersenactiviteit van dag tot dag verandert wanneer een deelnemer herhaaldelijk bepaalde bewegingen voorstelt. Zodra de AI werd geprogrammeerd om deze veranderingen te volgen, werkte het systeem maandenlang.
Veranderingen
Ganguly onderzoekt al langer hoe hersenpatronen bij dieren specifieke bewegingen representeren. Hij ontdekte dat deze hersenpatronen veranderden naarmate het dier leerde. Hij vermoedde dat hetzelfde bij mensen gebeurt, wat verklaart waarom oudere BCI’s zo snel de patronen niet meer herkenden.
Hersenpatronen
Om deze hypothese te testen, plaatsten de onderzoekers kleine sensoren op de hersenen van de verlamde man die de hersenactiviteit konden detecteren zodra hij zich een beweging voorstelde. Om te ontdekken of zijn hersenpatronen in de loop van de tijd veranderden, vroeg Ganguly de deelnemer zich voor te stellen verschillende delen van zijn lichaam te bewegen, zoals zijn handen, voeten of hoofd. Het team van Ganguly ontdekte dat de vorm van de hersenpatronen hetzelfde bleef, maar dat hun locatie van dag tot dag een beetje verschoof.
Eenvoudige bewegingen
Ganguly vroeg de deelnemer zich twee weken lang eenvoudige bewegingen voor te stellen met zijn vingers, handen of duimen, terwijl de sensoren zijn hersenactiviteit registreerden om de AI te trainen. Daarna probeerde de deelnemer de robotarm en -hand te besturen, maar de bewegingen waren nog niet helemaal precies. Dus liet Ganguly de deelnemer oefenen met een virtuele robotarm die hem direct feedback gaf over de nauwkeurigheid van zijn visualisaties. Al snel kreeg hij de virtuele arm precies te doen wat hij wilde.
Kopje oppakken
Toen de deelnemer begon te oefenen met de echte robotarm, had hij na slechts een paar sessies zijn vaardigheden onder de knie. Hij liet de robotarm blokken oppakken, draaien en naar nieuwe plekken verplaatsen. Hij kon zelfs een kast openen, een kopje pakken en het onder de waterkraan houden.
Ganguly werkt nu aan het verfijnen van de AI-modellen om de robotarm sneller en vloeiender te laten bewegen, en is van plan de BCI binnenkort in een thuissituatie te testen. Voor mensen met verlamming zou het in staat zijn om zichzelf te voeden of een glas water te pakken een echte levensverandering betekenen. En Ganguly gelooft dat dit nu binnen handbereik ligt. “Ik ben er helemaal van overtuigd dat we nu begrijpen hoe we het systeem moeten bouwen en dat we het kunnen laten functioneren,” besluit hij.
