Protheses waarmee je echt kunt voelen zijn een stap dichterbij. Neurowetenschappers brachten in kaart met welke hersengebieden je een aanraking verwerkt en gebruikten deze informatie om apen een kunstmatige tastzin te geven.
Bron: PNAS
Een kunstarm waarmee je precies zo kunt voelen als met je echte huid – dankzij onderzoek van Amerikaanse neurologen is dat futuristische idee ineens niet meer onrealistisch. De onderzoekers brachten in kaart met welke hersengebieden resusapen tastinformatie uit hun handen verwerken. Wanneer de onderzoekers de gebieden stimuleerden, ‘voelden’ de apen een aanraking. De onderzoekers publiceerden hun resultaten deze week online in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Eerder lukte het onderzoekers al om mechanische protheses met de hersenen aan te sturen, door hersensignalen om te zetten in elektrische pulsen. Nu hebben de neurologen dat principe omgedraaid, door een kunstmatig signaal de omgekeerde weg te laten afleggen en de ‘voelgebieden’ in het brein te stimuleren.
Handstimulans
Om het neurologische systeem dat achter de tastzin schuilgaat te ontrafelen, voerden de onderzoekers een serie experimenten uit met resusapen. Hun zenuwstelsel is vergelijkbaar met dat van de mens. De onderzoekers trainden de apen om bij een aanraking van verschillende vingers op een bepaalde manier de ogen te bewegen. Tegelijkertijd hielden ze bij welke hersengebieden door de aanraking actief werden.
Met elektroden op de hoofden van de apen stuurden de onderzoekers vervolgens elektrische stroompjes naar de hersengebieden die hoorden bij de specifieke vingers. De apen bleken op dezelfde manier te reageren met hun ogen, zoals ze geleerd was bij een echte aanraking. De onderzoekers concludeerden dat de apen bij een stimulans door de elektroden op dezelfde plek iets ‘voelden’ als bij een echte aanraking.
Natuurgetrouw
Om de ervaren aanraking zo natuurgetrouw mogelijk te maken, voerden de onderzoekers nog twee experimenten uit. Allereerst achterhaalden de onderzoekers hoe de hersenen de mate van druk interpreteren. Hoe groter de druk van een aanraking, hoe intenser de reactie van de neuronen in het apenbrein bleek te zijn. De onderzoekers berekenden een algoritme waarmee ze een stroompje konden toedienen dat een reactie met de juiste intensiteit veroorzaakte. De apen bleken vervolgens geen verschil te voelen tussen een aanraking met een bepaalde druk en de kunstmatige versie van die aanraking.
Tot slot richtten de onderzoekers zich op het intensiteitspatroon van een aanraking gedurende een bepaalde tijd. Op het moment dat een aanraking begint of eindigt, vertoont het brein een enorme opleving in activiteit. De onderzoekers maakten dit patroon na door bij het begin en het einde van een nep-aanraking kort een grotere stroom toe te dienen. Ook toen de onderzoekers dit patroon testten, merkten de apen geen verschil tussen een echte aanraking en het stroompatroon.
Voelen met tech-arm
De onderzoekers stellen dat hun resultaten mogelijk bruikbaar zijn om een prothese te ontwikkelen waarmee de gebruiker net als met een echt ledemaat kan voelen. ‘Onze resultaten leveren in ieder geval het fundament voor menselijke testen’, zegt bioloog Sliman Bensmaia van de universiteit van Chicago, die het onderzoek leidde. Hoe lang het duurt voor protheses met taszintuigen voor het publiek beschikbaar zijn, durft hij niet te zeggen. ‘Maar waarschijnlijk duurt dat nog wel een hele tijd.’