Verlamde man heeft gevoel in prothese

Voor het eerst heeft een armprothese gevoel doorgegeven aan de hersenen van de drager. Een Amerikaan die verlamd is, kreeg elektroden geïmplanteerd in zijn brein, die signalen doorgaven afkomstig van de vingers van zijn prothese. Het gevoel in de vingers is nog zwak, maar dit is de eerste stap op weg naar een arm- of handprothese met levensechte tastzin.

Als je een stuk cake oppakt, zet je minder kracht met je vingers dan wanneer je een blikje cola optilt. Dat doen we niet op zicht, maar met behulp van het gevoel in je vingers. Voortdurend krijgen we feedback van onze handen en vingers, waarop het brein onze bewegingen afstemt.

Dat subtiele gevoel valt helemaal weg als je verlamd raakt. Dat overkwam de 28-jarige Nathan Copeland uit de VS in 2004, als gevolg van een auto-ongeluk. Vrijwel meteen meldde hij zich aan voor een onderzoeksprogramma van de University of Pittsburgh en begin dit jaar was de technologie eindelijk zover om met tests te beginnen.
 

Tastzin

Het is bekend welke gebieden in het brein verantwoordelijk zijn voor de tastzin in de vingers (zie onderstaande figuur). Precies op die plekken in Copelands brein plaatsten de onderzoekers enkele kleine arrays (enkele millimeters groot) met elk tientallen elektroden van 1,5 mm lang. Elke elektrode maakt contact met een neuron en kan het afvuren ervan stimuleren door een klein stroompje te laten lopen. De hypothese is dat het brein een stroompje op een elektrode omzet in een gevoel in een vinger.
 

Tintelingen

Tijdens een aanloopperiode van enkele weken voelde Copeland algemene tintelingen in de vingers van zijn rechterhand en zijn arm. Die waren na twee maanden helemaal weggetrokken. In week vier van de proef meldde Copeland voor het eerst dat hij lokaal dingen voelde in zijn vingers. Die sensaties waren het gevolg van stroompjes in de elektroden van tussen de 40 en 80 µA. In het begin was het nog nodig om drie elektroden tegelijk te stimuleren, maar na een week volstond het om op slechts één elektrode stroom te zetten.

‘Ik kan bijna elke vinger apart voelen; het voelt heel gek’, aldus Copeland, een maand na zijn operatie, in een persbericht. ‘Soms voelt het als een stroomstootje, een andere keer als lichte druk. Meestal kan ik voelen welke vinger wordt gestimuleerd.’ Volgens de onderzoekers is het gevoel nu nog beperkt tot het waarnemen van druk en de mate van druk, maar Copeland kan geen warmte of koude voelen.

 

Natuurlijke sensatie

‘Het belangrijkste resultaat van de studie is dat we met het stimuleren van het brein een natuurlijke sensatie kunnen opwekken, die anders is dan de tintelingen die van nature af en toe optreden’, aldus medeonderzoeker dr. Andrew Schwartz in hetzelfde persbericht. ‘Ook hebben we geleerd dat deze manier van stimuleren veilig is en het gevoel hetzelfde blijft over een periode van maanden.’

Het onderzoek is beschreven in een recent artikel in vakblad Science Translational Medicine ('Intracortical microstimulation of human somatosensory cortex'). Het team gaat in deze richting verder, want de onderzoekers realiseren zich terdege dat ze er nog lang niet zijn. Het brein van een verlamd iemand is in principe in staat om de gevoelens in ledematen weer op te roepen. ‘Ons ultieme doel is om een prothese te maken die net zo beweegt én voelt als een natuurlijke arm. Daar zijn we nog lang niet, maar dit is een belangrijk begin’, zegt projectleider dr. Robert Gaunt van de University of Pittsburgh.
 

Kunsthuid

Ook vanuit een andere route wordt er onderzoek gedaan naar protheses met gevoel. Zo kwam de eveneens Amerikaanse Stanford University vorig jaar met een kunsthuid die signalen opwekt die afhangen van hoeveel druk erop wordt uitgeoefend (zie artikel 'Kunstmatige huid voelt aanraking') . Dat zou een mooie combinatie vormen met het nieuwe werk van de onderzoekers in Pittsburgh.

Openingsfoto: Onderzoeker Robert Gaunt bereidt Nathan Copeland voor op het experiment. Foto UPMC/Pitt Health Sciences