Spraakverlamde man stuurt klankcomputer

Negen jaar lang kon Erik Ramsey slechts communiceren door met zijn ogen te knipperen. Dankzij een implantaat kan hij nu klanken uitstoten. Spreken kan hij nog niet.

Een man die al negen jaar volledig verlamd is, kan dankzij een elektrode in zijn brein een spraakcomputer de klinkers laten zeggen waar hij aan denkt. De website van Nature berichtte afgelopen vrijdag over het nieuws dat de Amerikaanse hersenonderzoeker Frank Guenther vorige week op het jaarlijkse congres van de Amerikaanse Society for Neuroscience presenteerde.

De patiënt, Erik Ramsey, is sinds een ernstig auto-ongeluk op zijn zestiende locked-in. In die nachtmerrie-achtige toestand is hij wel bij bewustzijn, maar kan hij niets meer bewegen. Hij kan alleen nog zijn ogen naar boven en naar beneden draaien, en zo ‘ja’ of ‘nee’ antwoorden op vragen.

De neuroloog Philip Kennedy van het Amerikaanse bedrijf Neural Signals plaatste vier jaar geleden een geavanceerde hersenelektrode in Ramsey’s brein. Acht verlamde mensen kregen al eerder een breinimplantaat, dat hen in staat stelde met hun gedachten een lamp aan en uit te knippen, een armprothese aan te sturen, of een computermuis te dirigeren.

„De elektrode is een heel klein glazen buisje’’, vertelt Guenther aan de telefoon vanuit Boston. „Aan beide kanten is het open, en er zitten drie draadjes binnenin. Dat buisje hebben we in de motorische hersenschors geduwd die bij gezonde mensen de lippen, tong en kaak aanstuurt. Omdat het buisje is gevuld met stoffen die zenuwen aantrekken, groeien zenuwuitlopers het buisje in. Zo zit de elektrode stevig verankerd in het brein, en kan hij niet verschuiven, zoals eerdere implantaten. Die zaten vast aan de schedel, maar het brein verschuift bij iedere beweging een beetje, waardoor je steeds het signaal van de zenuwcellen verliest.”

Guenther doet al vijftien jaar berekeningen aan hoe het brein spraak aanstuurt. Daarom vroeg neuroloog Kennedy hem om een computer te programmeren die de klinkers kon uitspreken waar Ramsey aan dacht.

„Pakweg twintig tot veertig zenuwcellen maken contact met de elektrodes”, schat Guenther. „De elektrische signalen van die zenuwen gaan via een draadloze verbinding naar een computer. Die decodeert de signalen naar spraakgeluiden, en speelt die vervolgens af. Tussen het denken aan een klinker en de productie van het geluid zit maar vijftig milliseconden, vergelijkbaar met normale spraak.”

Voor het produceren van verschillende klanken gebruikt het brein verschillende signalen, zogeheten formant frequencies, die de positie van de tong, kaak en lippen beschrijven bij het uitspreken van een bepaalde klank. Voor iedere ‘praatsessie’ moet Ramsey een minuut aan de verschillende klinkers denken. Zo leert de computer welke hersenactiviteit bij welke klinker hoort. In die hersenactiviteit zit dagelijks veel variatie.

Guenther: „Hij kan alle klinkers produceren, maar we richten ons meestal op ‘ah’, een klank waarbij mond, kaak en lippen een neutrale stand hebben, en een aantal klinkers met extremere posities, zoals ‘ie’, en ‘oe’. De computer produceert nu in ongeveer 75 procent van de gevallen de klinker waaraan Ramsey denkt.”

Woorden heeft de verlamde man nog niet kunnen vormen met de apparatuur. „Met deze manier van decoderen kunnen we geen medeklinkers maken”, vertelt Guenther. „We ontwikkelen nu een articulerend computerprogramma dat dat wel kan.” Met Kennedy smeedt hij ook al plannen voor een volgende patiënt. Die krijgt vier elektrodes, om een beter signaal te kunnen krijgen uit de hersenen.

Volgens Guenther is aan Ramsey te zien dat hij het irritant vindt wanneer de software na een vernieuwing niet goed werkt. „Dan maakt hij uit frustratie meer spastische bewegingen dan normaal.”