Een hersenimplantaat kan op termijn blinden weer laten zien. Onderzoekers van het Nederlands Herseninstituut in Amsterdam hebben nu een implantaat ontwikkeld met meer dan duizend elektroden, een ongekend hoog aantal. In proeven konden getrainde apen er al letters, lijnen en bewegende stippen mee herkennen, nadat direct de juiste cellen in het brein werden geprikkeld.

Mensen die volledig blind zijn en bij wie ook de oogzenuw is aangetast, kunnen in de toekomst baat hebben bij een hersenimplantaat. Dat geeft dan visuele informatie van een klein cameraatje op de bril direct door aan het brein. Daar worden precies de juiste hersencellen geprikkeld, zodat de patiënt ruwweg het beeld ‘ziet’ dat het cameraatje doorgeeft. Het netvlies en de oogzenuw die zijn aangetast, worden zo omzeild.

Of dit een kansrijke techniek is, hangt voor een groot deel af van de kwaliteit van het hersenimplantaat. Op dat gebied hebben onderzoekers van het Nederlands Herseninstituut nu een flinke stap vooruitgezet.
 

Matrixbord

Zij hebben een implantaat ontwikkeld met 1024 elektroden, die in een raster in de visuele hersenschors zitten en verbinding maken met de hersencellen. Door op geselecteerde elektroden een elektrisch stroompje (ordegrootte twintig microampère) te zetten, worden de juiste hersencellen gestimuleerd en ‘ziet’ die persoon een vorm. ‘We vergelijken het wel met zo’n matrixbord boven de snelweg. Dat heeft ook maar een beperkte resolutie, maar je kunt er wel allerlei letter en cijfers op afbeelden’, zegt Pieter Roelfsema, onderzoeksleider bij het Nederlands Herseninstituut.

Testen

Om het implantaat te testen kregen twee apen elk een implantaat ingebracht in de visuele hersenschors (cortex). De onderzoekers wilden weten of via deze weg de apen een herkenbaar beeld konden ervaren. In uitgebreide proeven werden de apen daarom eerst getraind in het herkennen van letters. ‘Zag de aap bijvoorbeeld een “P” dan moest hij een hoofdbeweging omhoog maken, bij een “K” omlaag, enzovoort’, vertelt Roelfsema. Voor alle duidelijkheid: met lezen heeft dat niets te maken, maar de dieren kunnen wel bepaalde vormen herkennen.

Vervolgens brachten de onderzoekers bij de apen een implantaat in. Nadat de dieren waren hersteld van de operatie, gingen ze eerst nog even verder met proeven waarbij echt mochten kijken naar letters. ‘Daarna werd het spannend’, herinnert Roelfsema zich, ‘want toen gingen we voor het eerst letters aanbieden direct via het brein, met elektrische stroompjes op de hersengebieden die horen bij de vorm van de betreffende letter.’


Ongekend aantal pixels

Groot was de opluchting toen de apen ook op deze manier de verschillende letters herkenden. Met deze kunstmatige manier van ‘kijken’ konden ze zelfs ook andere vormen herkennen, zoals lijnen en bewegende stippen. ‘Het echt nieuwe van ons werk is dat we de eersten zijn die zoveel elektroden in een brein hebben geïmplanteerd. Daardoor kunnen we ook een ongekend aantal pixels creëren’, aldus Roelfsema. Alle details van het onderzoek staan beschreven in een recent artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Science.
 

Netvlies

Het hersenimplantaat is een stap op weg naar een oplossing voor een deel van de mensen die blind zijn geworden. Een kleine groep kan baat hebben bij gentherapie, waarbij het oog weer kan genezen, zegt Roelfsema. ‘Bij die groep moet je geen implantaat inbrengen in de hersenen. Ook werken verschillende onderzoeksgroepen aan chips die het netvlies vervangen (lees ook: ‘Eerste proef met kunstmatig zicht’), een tweede manier om blinde mensen te helpen. Wat wij doen is bedoeld voor de derde groep, bij wie zowel het netvlies als de oogzenuw niet meer werkt.’
 

Camera op bril

Het toekomstbeeld is dat patiënten uit die groep een bril krijgen waarop een kleine camera is gemonteerd. Dat legt grove beelden vast, die vervolgens direct met kleine stroompjes aan hersencellen in de visuele cortex worden doorgegeven. Mensen die volledig blind zijn, kunnen dan weer zelfstandig zien, voorwerpen herkennen en navigeren in een onbekende omgeving. De kwaliteit van leven zou er voor die mensen enorm op vooruitgaan.
 

Over een paar jaar kunnen sommige blinden een bril krijgen met een kleine camera erop. Dat legt grove beelden vast, die vervolgens draadloos worden doorgestuurd naar een apparaatje dat vlakbij de visuele cortex zit, aan de achterkant van het brein. Dit prikkelt met kleine stroompjes specifieke hersencellen in de visuele hersenschors. Mensen die volledig blind zijn, kunnen dan weer zelfstandig contouren zien, hopelijk voorwerpen herkennen en navigeren in een onbekende omgeving. Illustratie NHI.


Bindweefsel

Voordat zo’n systeem er is, moeten Roelfsema en collega’s nog wel wat technische en medische horden nemen. Een daarvan is het feit dat de elektroden die ze nu gebruiken, na verloop van tijd worden ingekapseld door bindweefsel. ‘Die elektroden zijn van silicium en dat is stijf materiaal, terwijl hersenweefsel juist zacht is en meegeeft. We vermoeden dat daarbij continu wrijving optreedt tussen het weefsel en de elektrode, wat irritatie veroorzaakt. Daarom onderzoeken we nu flexibele polymeren als vervangend materiaal voor de elektroden.’

En hoewel 1.024 een indrukwekkend aantal elektroden is, moet dit aantal voor een praktische toepassing nog verder omhoog. Roelfsema: ‘We denken dat we voor een bruikbare beeldkwaliteit naar tienduizend elektroden moeten.’ In 2023 hopen de onderzoekers van het Herseninstituut een systeem te hebben dat ze op mensen kunnen testen. Als dat allemaal goed verloopt, zouden er nog vier jaar later de eerste systemen op basis van een hersenimplantaat op de markt kunnen komen, waarmee volledig blinde mensen weer iets kunnen zien.


Openingsfoto: De 1.024 elektroden zijn verdeeld over 16 chips met elk 64 elektroden van silicium erop. Beeldmateriaal Nederlands Herseninstituut