Gert-Jan Oskam woonde in 2011 in China toen hij een motorongeluk kreeg waarbij hij vanaf de heupen verlamd raakte. Nu hebben wetenschappers hem met een combinatie van apparaten de controle over zijn onderlichaam teruggegeven.
“Ik probeer nu al 12 jaar weer op de been te komen”, vertelde Askham dinsdag op een persconferentie. “Nu heb ik natuurlijk geleerd hoe ik normaal moet lopen.”
In een studie die woensdag in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd, beschreven onderzoekers in Zwitserland implantaten die een “digitale brug” vormden tussen de hersenen van de heer Oskam en zijn ruggenmerg, waarbij gewonde delen werden omzeild. Door de doorbraak kon meneer Oskam, 40, staan, lopen en een steile helling beklimmen met alleen de hulp van een rollator. Meer dan een jaar nadat het implantaat was geplaatst, behield hij deze vermogens en vertoonde zelfs tekenen van neurologisch herstel, terwijl hij met krukken liep, zelfs toen het implantaat was uitgeschakeld.
“We namen de gedachten van Gert-Jan en vertaalden die gedachten in een stimulatie van het ruggenmerg om de vrijwillige beweging te herstellen”, zegt Grégoire Courtine, een ruggenmergspecialist aan het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Lausanne, die hielp bij het leiden van het onderzoek. de persconferentie.
Jocelyne Bloch, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Lausanne die meneer Oskam het implantaat heeft gegeven, voegde eraan toe: “Het was in het begin nogal sciencefiction voor mij, maar het is vandaag realiteit geworden.”
Er zijn de afgelopen decennia een aantal vorderingen gemaakt in de technologische behandeling van dwarslaesie. In 2016 slaagde een team van wetenschappers onder leiding van Dr. Courtine erin het vermogen om in verlamde apen te lopen te herstellen, en een ander hielp een man de controle over zijn kreupele arm terug te krijgen. In 2018 bedacht een ander team van wetenschappers, ook onder leiding van dr. Courtine, een manier om de hersenen te stimuleren met elektrische pulsgeneratoren, waardoor gedeeltelijk verlamde mensen weer kunnen lopen en fietsen. Vorig jaar zorgden geavanceerdere procedures voor hersenstimulatie ervoor dat verlamde mensen binnen een dag na behandeling konden zwemmen, lopen en fietsen.
Meneer Oskam had in voorgaande jaren stimulatieprocedures ondergaan en was zelfs weer enigszins in staat om te lopen, maar uiteindelijk vlakte zijn verbetering af. Tijdens de persconferentie zei de heer Oskam dat deze stimulatietechnologieën hem het gevoel hadden gegeven dat er iets vreemds aan de beweging was, een vreemde afstand tussen zijn lichaam en geest.
De nieuwe interface veranderde dat, zei hij: “Vroeger controleerde opwinding mij, en nu heb ik controle over opwinding.”
In de nieuwe studie maakte de hersen-spinale interface, zoals de onderzoekers het noemden, gebruik van een gedachtedecoder van kunstmatige intelligentie om de bedoelingen van de heer Oskam te lezen – detecteerbaar als elektrische signalen in zijn hersenen – en ze te koppelen aan spierbewegingen. De etiologie van fysieke beweging, van gedachte tot intentie tot actie, bleef behouden. De enige toevoeging, zoals Dr. Courtine het beschreef, was de digitale brug over de gewonde delen van de wervelkolom.
Andrew Jackson, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Newcastle die niet betrokken was bij het onderzoek, zei: “Het roept interessante vragen op over autonomie en de bron van commando’s. Je blijft de filosofische grens tussen wat de hersenen zijn en wat technologie is, vervagen.”
Dr. Jackson voegde eraan toe dat wetenschappers in het veld decennia lang hadden getheoretiseerd over het verbinden van de hersenen met ruggenmergstimulatoren, maar dat dit de eerste keer was dat ze zo’n succes hadden behaald bij een menselijke patiënt. “Het is gemakkelijk gezegd, veel moeilijker om te doen,” zei hij.
Om dit resultaat te bereiken, implanteerden de onderzoekers eerst elektroden in de schedel en ruggengraat van de heer Oskam. Het team gebruikte vervolgens een machine learning-programma om te observeren welke delen van de hersenen oplichtten terwijl hij verschillende delen van zijn lichaam probeerde te bewegen. Deze gedachtedecoder was in staat om de activiteit van bepaalde elektroden af te stemmen op bepaalde intenties: een configuratie lichtte op wanneer meneer Oskam zijn enkels probeerde te bewegen, een andere configuratie wanneer hij probeerde zijn heupen te bewegen.
De onderzoekers gebruikten vervolgens een ander algoritme om het hersenimplantaat te verbinden met het ruggenmergimplantaat, dat was ingesteld om elektrische signalen naar verschillende delen van zijn lichaam te sturen, waardoor beweging werd veroorzaakt. Het algoritme kon rekening houden met kleine variaties in de richting en snelheid van elke spiercontractie en -ontspanning. En omdat de signalen tussen de hersenen en de ruggengraat elke 300 milliseconden werden verzonden, kon meneer Oskam zijn strategie snel aanpassen op basis van wat werkte en wat niet. Tijdens de eerste behandelsessie kon hij zijn heupspieren verdraaien.
In de maanden die volgden, verfijnden de onderzoekers de hersen-ruggengraat-interface om beter te passen bij basishandelingen zoals lopen en staan. Meneer Oskam kreeg weer een enigszins gezonde manier van lopen en kon met relatief gemak trappen en hellingen oversteken, zelfs na maanden zonder behandeling. Bovendien begon hij na een jaar in behandeling duidelijke verbeteringen in zijn beweging te zien zonder de hulp van de hersen-spinale interface. De onderzoekers documenteerden deze verbeteringen in gewichtsbelasting-, balans- en looptesten.
Nu kan meneer Oskam beperkt door zijn huis lopen, in en uit een auto stappen en bij een bar stoppen voor een drankje. Voor het eerst, zei hij, heeft hij het gevoel dat hij de touwtjes in handen heeft.
De onderzoekers erkenden de beperkingen van hun werk. Subtiele prothesen in de hersenen zijn moeilijk te onderscheiden, en hoewel de huidige interface tussen hersenen en wervelkolom geschikt is om te lopen, kan hetzelfde waarschijnlijk niet worden gezegd voor het herstel van de beweging van het bovenlichaam. De behandeling is ook invasief en vereist meerdere operaties en uren fysiotherapie. Het huidige systeem corrigeert niet alle verlammingen van het ruggenmerg.
Maar het team hoopte dat verdere vooruitgang de behandeling toegankelijker en systematischer effectiever zou maken. “Dat is ons echte doel,” zei Dr. Courtine, “om deze technologie over de hele wereld beschikbaar te maken voor alle patiënten die het nodig hebben.”
