Een computer kunnen aansturen met je brein. Het klinkt als sci-fi, maar diverse projecten bewijzen dat het kan. We hebben het hier over brain-computer interfaces (BCI), waar ook in Nederland hard aan wordt gewerkt. Van patiënten met het locked-in-syndroom tot computersystemen die zich aan jouw stemming aanpassen; de mogelijkheden lijken eindeloos. Mits diverse uitdagingen overwonnen worden.
BCI staat voor een directe communicatielink tussen de elektrische activiteit in het brein en een extern apparaat, bijvoorbeeld een computer of een robotarm. Zelfs EEG, waarbij je vaak een soort badmuts met elektroden op krijgt om de hersenactiviteit uit te lezen, kan dus als BCI dienen. Maar de mogelijkheden zijn de laatste jaren nog veel groter geworden.
BCI voor LIS
Dat blijkt onder meer uit een project, genaamd INTRECOM, waar het UMC Utrecht Hersencentrum met een onderzoeksconsortium aan werkt. Zij maken een BCI-systeem voor mensen met het locked-in-syndroom (LIS). Deze mensen zijn op zo’n manier verlamd dat de communicatie ernstig beperkt wordt of zelfs helemaal niet meer mogelijk is. “Iedereen kan zich voorstellen hoe ontzettend beperkend het moet zijn als je cognitief volledig in staat bent om te denken en te voelen, maar niet in staat bent om dat te delen”, zegt assistent professor Mariska van Steensel van het UMC Utrecht.
Al bestaande oplossingen, zoals hoofdknoppen en voetschakelaars, zijn niet door iedereen te gebruiken. De BCI-oplossing van het UMC Utrecht kan dan mogelijk een oplossing bieden. Het systeem gebruikt namelijk een soort matje met elektroden die op de hersenen worden gelegd, waarna de hersengolven uitgelezen kunnen worden. Voor de gebruiker is dus geen fysieke interactie nodig. Wel betekent dit dat er een operatie nodig is: de schedel moet open om het matje aan te brengen. Maar er gaat niets de hersenen in.
“Daarnaast kunnen BCI’s met de recente ontwikkelingen rondom speech decoding waarschijnlijk veel meer bieden dan de conventionele hulpmiddelen.” Het blijkt namelijk mogelijk om te achterhalen welk woord iemand probeert uit te spreken aan de hand van een hersensignaal. “Dan kijken we niet naar gedachten, niet naar taal, maar naar de gepoogde mondbewegingen. Die worden in een bepaald hersengebiedje geregeld”, legt Van Steensel uit. Iemand hoeft een woord dus niet daadwerkelijk uit te spreken of zijn mond te bewegen; alleen de poging daartoe levert al de signalen op die nodig zijn. De computer kan die woorden vervolgens daadwerkelijk uitspreken, zodat communicatie mogelijk wordt.
BCI als gehoortest
BCI leent zich niet alleen voor het aansturen van apparatuur. Startup MindAffect gebruikt de technologie om gehoortesten uit te voeren. “Het voordeel daarvan is dat er geen reactie van de gebruiker nodig is”, licht CTO Mark van Kesteren toe. De hersenen produceren namelijk altijd tussen de 100 en 200 milliseconden een response die indicatief is voor het waarnemen van geluid. Hoor je niets, dan reageren de hersenen ook niet en zijn er dus geen bijbehorende hersengolven zichtbaar.
Dat maakt de technologie in het bijzonder geschikt voor doelgroepen waarbij een gewone gehoortest niet goed werkt. Bij de gewone test moet een patiënt namelijk op een knop drukken als hij of zij de piep hoort. Maar een jong kind, mensen met een beperking en sommige ouderen kunnen dat niet of niet goed. “Dat zijn dus ook onze eerste doelgroepen”, zegt Van Kesteren. “Als je bij een kind van twee een EEG-headset op kan zetten om de hersengolven te meten en je in een aantal minuten een idee hebt van hun gehoor, dan is dat een gemakkelijke manier om gehoorproblemen te diagnosticeren.” Bovendien kan het kind in de tussentijd gewoon tv-kijken – dat heeft geen invloed op de test.
Als je met een EEG in een aantal minuten een idee kunt krijgen van het gehoor van een kind van twee, dan is dat een gemakkelijke manier om gehoorproblemen te diagnosticeren”
Extra voordeel is dat deze test uitgevoerd kan worden met een EEG-systeem, wat betekent dat er geen implantaten nodig zijn. Wel wordt er gewerkt aan een eigen apparaat om de tests mee uit te voeren. “Je wil natuurlijk niet steeds een 32- of 64-kanaals badmuts op moeten zetten, maar dat de technologie aangepast is naar jouw applicatie.”
Je wil natuurlijk niet steeds een 32- of 64-kanaals badmuts op moeten zetten, maar dat de technologie aangepast is naar jouw applicatie”
IT aanpassen aan je stemming
In Delft wordt door het Nederlands-Duitse bedrijf Zander Labs gewerkt aan een technologie die ‘Passieve BCI’ wordt genoemd. Waar ‘actieve BCI’ zoekt naar hersensignalen gerelateerd aan een bewuste actie – zoals het proberen uit te spreken van een woord – gebruikt passieve BCI de hersensignalen die altijd aanwezig zijn. Denk aan het verwerken van de dingen die je ziet, reacties op geluiden die je hoort en je stressniveau.
Zander Labs wil dergelijke informatie gebruiken om computers meer bewust te maken van onze mentale toestand. “We gebruiken passieve BCI om impliciet inzicht te krijgen in onze mentale toestand, op basis waarvan het acties kan ondernemen”, legt principal scientist Laurens Krol uit. “Verkeersleiders op luchthavens hebben bijvoorbeeld een stressvolle baan. Die kun je ondersteunen door te meten wat hun workload is. Is die te hoog, dan kun je een nieuw inkomende vlucht automatisch doorgeven aan iemand met een lagere workload. Technologie kan zo enorm helpen in zorgen dat iemand zijn baan goed kan uitvoeren.”
Technologie kan zo enorm helpen om ervoor te zorgen dat iemand zijn werk goed kan uitvoeren.”
Net als MindAffect maakt Zander Labs geen gebruik van implantaten, maar EEG om de hersensignalen uit te lezen. “We werken zowel aan software als aan hardware. EEG-apparatuur is nog steeds erg groot en bulky. Dus we hebben een soort EEG-sticker gemaakt waarin acht elektroden geïntegreerd zijn. Die voel je niet en je kunt hem uren dragen.” De bedoeling is uiteindelijk dat er met externe partijen gewerkt gaat worden, die de technologie in hun eigen oplossingen kunnen verwerken voor allerlei doeleinden.
Data verzamelen
Eén van de grote uitdagingen bij dit soort projecten is het verzamelen van de benodigde data om algoritmes op te trainen of mee te testen. Voor MindAffect en Zander Labs is dat nog goed te doen. MindAffect voert regelmatig tests uit in samenwerking met Hörzentrum Oldenberg. Zander Labs vraagt op diverse plekken – zoals universiteiten, bibliotheken en online – aan zoveel mogelijk mensen om zich te laten komen testen, in ruil voor betaling.
Het UMC Utrecht moet het echter met een veel kleinere groep mensen doen: er zijn slechts 75 mensen wereldwijd die ooit een dergelijk hersenimplantaat hebben gekregen. “Een aantal van hen heeft toestemming gegeven om hersendata te delen met collega-onderzoekers”, zegt Van Steensel. Die mensen wordt bijvoorbeeld gevraagd om vijftig woorden steeds tien keer uit te spreken, waarna het onderzoeksteam ermee aan de slag kan. Daarnaast heeft het UMC Utrecht in het verleden kunnen werken met mensen met epilepsie, die voor de diagnostiek elektroden op hun hersenen kregen. “Met hen hebben we veel vooronderzoek verricht.”
Verschillende hersengolven
De data tonen echter ook een tweede uitdaging aan: hersengolven verschillen van persoon tot persoon. Het is dus niet zo dat iedereen dezelfde output geeft vanuit zijn hersenen. Sterker nog: er zit verschil tussen de hersengolven die je overdag produceert en die ’s nachts uitgestuurd worden. En ook van dag tot dag kunnen er verschillen zijn. Veel projecten zoeken nog naar manieren om daarmee om te gaan.
Bij Zander Labs is het daarom nog nodig om de EEG-apparatuur om de emotionele toestand te meten, per dag en per persoon opnieuw te kalibreren. Dit is een drempel om deze technologie dagelijks te gebruiken. “De eerste dag ben je bijvoorbeeld vermoeider dan de tweede. Of je hebt honger of bent afgeleid. Dat zijn allemaal zaken die de hersengolven kunnen aanpassen”, licht Krol toe.
Daarom werkt het bedrijf aan het maken van ‘universele classifiers’ die maar één keer gekalibreerd worden en vervolgens op iedereen toegepast kunnen worden. Juist daarvoor zijn heel veel datasets van verschillende mensen nodig. “We zijn van plan 4000 datasets op te nemen, omdat we daarmee de samenleving in Nederland en Duitsland (de plekken waar Zander Labs nu actief is, red.) kunnen afspiegelen.”
Wet- en regelgeving
Ook wet- en regelgeving zorgt voor uitdagingen. Denk aan regels rondom privacy: niemand wil dat informatie over wat er in zijn hersenen gebeurt op straat belandt. De drie projecten denken dan ook steeds actief na over hoe privacy gewaarborgd kan worden, bijvoorbeeld door gebruikers via de hardware zelf de controle te geven over welke data met wie gedeeld wordt (UMC Utrecht, Zander Labs).
Technologie voor de zorg mag bovendien niet zomaar de markt op. Daar gelden allerlei strenge regels voor, waaronder de eis dat de apparatuur gecertificeerd wordt. MindAffect is daar nu volop mee bezig. “Daar komt een hele hoop documentatie bij kijken”, concludeert Van Kesteren. “Alles moet vastgelegd worden – van specificatie tot validatie. Het is een heel nieuw onderdeel waar we over moeten leren. Maar het is heel interessant. We mikken erop om in 2026 gecertificeerd te zijn.”
Hoe lang duurt dit nog?
Zeker de laatste jaren zijn er binnen BCI grote stappen gezet. De verwachting is dan ook dat de eerste toepassingen snel in de praktijk worden gebracht. MindAffect voert volgend jaar de eerste klinische tests uit en hoopt zijn gehoortest in 2026 op de markt te brengen. Zander Labs werkt nog hard aan zijn hardware en de verbeterde kalibratie, maar denkt dat volgend jaar wat eerste kleinschalige pilots opgezet worden om de technologie te testen.
Het UMC Utrecht is ook dicht bij de eerste praktijktests voor het INTRECOM-project, al is dat proces iets ingewikkelder, omdat hun technologie geïmplanteerd moet worden. “We werken nu aan de laatste tests en de gerelateerde papierwinkel, zodat we dossiers kunnen voorleggen aan de ethische commissie. Alleen met toestemming van die commissie kunnen we implanteren”, aldus Van Steensel. Haar hoop is dan ook dat er over een aantal jaar twee eerste patiënten zijn die de INTRECOM-technologie effectief kunnen gebruiken om in het dagelijks leven efficiënt te kunnen communiceren.
