gerelateerde inhoud
- Dit bionische pak kan de toekomst van prothetiek zijn
Jose Contreras-Vidal, ingenieur van de Universiteit van Houston, doet futuristisch, vreemder dan sciencefictiononderzoek. Hij heeft een "brain-machine interface" ontwikkeld om hersensignalen te interpreteren en in beweging te veranderen. Met deze interface heeft hij een bionische hand en een computeravatar gecreëerd die worden bestuurd door de geest van de gebruiker.
Maar het middelpunt van zijn werk is een gedachtegestuurd exoskelet om verlamde mensen te helpen lopen. De afgelopen jaren heeft Contreras-Vidal gewerkt met het REX onderlichaam exoskeleton, ontwikkeld door REX Bionics, gevestigd in Nieuw-Zeeland. Het exoskelet is gemaakt om te worden bediend met een joystick. Maar Contreras-Vidal en zijn team hebben achteraf een versie geïnstalleerd voor gebruik met hun hersenmachine-interface. De gebruiker van het exoskelet draagt een elektrodekap, met sensoren op de hoofdhuid die elektrische activiteit in de hersenen aflezen. Een algoritme ontwikkeld door Contreras-Vidal en zijn team "interpreteert" de herseninformatie en vertaalt deze in beweging van het exoskelet. Met andere woorden, de drager denkt 'beweeg, linkerknie' en het algoritme maakt er actie van. Dit kan relatief snelle bewegingen veroorzaken, want zelfs bij niet-gewonde mensen duurt het een fractie van een seconde voordat informatie van de hersenen naar het lichaam reist.
"Elke keer dat we een beweging plannen, is de informatie er voordat we de beweging daadwerkelijk zien, " zegt Contreras-Vidal.
In de loop der jaren hebben een aantal onderzoekers verlamde mensen geholpen met elektroden die in hun hersenen zijn geïmplanteerd. Het patent-aangevraagde systeem van Contreras-Vidal is anders omdat het niet-invasief is - gebruikers nemen de elektrodekap naar believen aan en uit. Dit is met name handig bij patiënten die het exoskelet slechts tijdelijk nodig hebben, zoals slachtoffers van een beroerte die het exoskelet zouden kunnen gebruiken om weer te kunnen lopen en vervolgens zonder hulp leren lopen. (Een door Brazilië geleid team ontwikkelde een niet-invasief, hersengestuurd exoskelet om een dwarslaesie de Wereldbeker 2014 te laten aftrappen; het pak stond de gebruiker echter niet toe om zonder hulp te lopen).
Het gedachtegestuurde exoskelet is het resultaat van jaren werk aan het decoderen van de taal van de hersenen. Aan de Universiteit van Houston leidt Contreras-Vidal het laboratorium voor niet-invasieve Brain-Machine Interface Systems, dat een team van ingenieurs, neurowetenschappers, artsen, computer-experts en zelfs kunstenaars in dienst heeft. Voor Houston leidde hij het Laboratorium voor Neurale Technologie en Smart Prosthetics aan de Universiteit van Maryland, waar hij werkte aan de ontwikkeling van hersengestuurde protheses voor geamputeerden. De algoritmen die worden gebruikt om gedachten in beweging te vertalen worden voortdurend verbeterd, zegt Contreras-Vidal, in wat hij beschrijft als een 'creatief proces'.
Op dit moment werkt zijn lab aan verschillende projecten met behulp van de hersenmachine-interface. Een project kijkt naar neuromotorische ontwikkeling bij kinderen die de elektrodekap gebruiken; het team hoopt dat een beter begrip van dit proces uiteindelijk kinderen met neurologische ontwikkelingsstoornissen, zoals autisme, kan helpen. Een ander probeert te begrijpen wat er in de hersenen gebeurt wanneer mensen kunst ervaren, museumbezoekers voorzien van een elektrodekap wanneer ze naar een kunstinstallatie kijken.
Het hersengestuurde exoskelet ondergaat momenteel proeven. Het is al in een aantal realistische scenario's gebruikt; een Britse quadriplegische man liep onlangs met het exoskelet op een conferentie in Italië.
Contreras-Vidal en een aantal van zijn studenten demonstreren het exoskelet op het aanstaande Innovation Festival van het Smithsonian. Het festival, een samenwerking tussen het Smithsonian Institution en het US Patent and Trademark Office, vindt plaats op 26 en 27 september in het National Museum of American History.
"We zijn erg enthousiast over het gaan naar het Smithsonian, omdat ik denk dat wetenschappers met het publiek moeten praten, vooral met kinderen, " zegt Contreras-Vidal. "Ze moeten worden blootgesteld aan dit soort technologie om te zien dat het echt draait om creëren en innoveren."
Alsof het robotachtige exoskelet niet indrukwekkend genoeg is voor kinderen en andere festivalgangers, zullen Contreras-Vidal en zijn team bezoekers in staat stellen hun eigen hersengolven op een scherm te bekijken door elektrodekappen aan te trekken. Contreras-Vidal beschrijft afstemming op iemands hersengolven als "luisteren naar de neurosymfonie."
"Ik zie het brein graag als een symfonie, waarbij alle belangrijke gebieden deel uitmaken van het ensemble en elke speler in dit ensemble verantwoordelijk is voor een bepaald aspect van hun gedrag, " zegt hij. "Om deze muziek te spelen, moeten ze coördineren."
Danser Becky Valls voert de elektrodekap van Contreras-Vidal uit (Universiteit van Houston) De overlap van kunst en wetenschap is een belangrijk onderdeel van het werk van Contreras-Vidal. In het verleden heeft hij kunstenaars aangesloten om te kijken naar de creatieve processen van hun hersenen. Meer recentelijk werkt hij met dansers. In een project genaamd Your Brain on Dance heeft hij dansers voorzien van elektrodecaps en de resulterende hersengolven op een scherm weergegeven terwijl ze optreden. Hij gelooft dat uiteindelijk dit soort onderzoek naar de neurale basis van beweging kan leiden tot een nieuw begrip van Parkinson en andere hersenziekten.
Op het Innovation Festival worden bezoekers getrakteerd op zo'n dansvoorstelling.
"Wetenschappers kunnen veel van kunst leren en vice versa, " zegt Contreras-Vidal. "Ik hoop dat dit tot de verbeelding van mensen, vooral kinderen, zal spreken."
Het Innovation Festival wordt gehouden in het National Museum of American History op 26 en 27 september, tussen 10.00 en 17.00 uur. Het evenement, georganiseerd door het Smithsonian Institution en het US Patent and Trademark Office, zal voorbeelden bevatten van Amerikaans vernuft ontwikkeld door onafhankelijke uitvinders, academische instellingen, bedrijven en overheidsinstellingen.
