Verlamde mensen 'denken' beweging

De bionische arm, gestuurd met gedachtekracht, werkt steeds beter. Deze week meldt Nature een mijlpaal: een patiënte die een drankje naar haar mond denkt.

Sander Voormolen

Bijna vijftien jaar was de 58-jarige patiënte „S3” totaal verlamd na een bloeding in de hersenstam. Maar op 12 april 2011 slaagde ze erin voor het eerst weer zelfstandig koffie te drinken. Ze stuurde een robotarm aan met gedachtekracht en kon een thermosfles tot voor haar mond brengen, waarna ze er met een rietje uit kon drinken.

Gisteren meldde het blad Nature deze belangrijke mijlpaal in het onderzoek naar bionische hulpmiddelen dat al meer dan tien jaar loopt. Wat begon met het oppikken van zenuwsignalen van de motorische hersenschors, dat deel van de hersenen dat de beweging van ledematen aanstuurt, en wat in 2006 resulteerde in een apparaat dat mensen met ‘gedachtekracht’ een cursor over het scherm laat sturen, heeft nu geleid tot een volledig driedimensionale precisiebeweging van een robotarm, aangestuurd door de hersenen.

De onderzoekers onder leiding van neuroloog Leigh Hochberg van Harvard Medical School in Boston plaatsten daartoe vijf jaar geleden een silicium plaatje met 96 elektroden op een paar millimeter diepte in de hersenschors van S3. Het plaatje was gevoelig genoeg om de signalen van individuele neuronen op te pikken. Om uit te maken welke elektrische pulsen stuursignalen waren en welke ‘achtergrondruis’ lieten de onderzoekers S3 kijken naar de robotarm terwijl die een serie ingeprogrammeerde bewegingen uitvoerde. Intussen moest S3 zich inbeelden dat zij het was die de arm stuurde. Een computer kon zo de verschillende stuursignalen uit de zenuwpulsen van de hersenen identificeren.

Via de computer die haar stuursignalen nu kende, kon S3 nu de robotarm besturen. Dat ging zo nauwkeurig dat zij er in 30 procent van de gevallen in slaagde een balletje van een stokje te pakken. Bij de koffiedrinktaak lukte het vier van de zes keer de fles op te pakken en voor haar mond te brengen. Het was extra lastig om de fles te grijpen omdat de robothand die maar net kon omvatten: heel precies mikken was vereist.

De onderzoekers herhaalden het experiment bij een 66-jarige man (patiënt T2, met eveneens een totale verlamming als gevolg van een hersenstambloeding). T2 bleek na drie ‘leerdagen’ voor de computer op de vierde dag al in staat de robotarm in bijna twee op de drie gevallen een balletje van een stok te laten pakken.

Eerder deze week kwam een Amerikaans team van plastisch chirurgen en neurochirurgen van de Washington School of Medicine in St. Louis met een andere oplossing voor verlamde ledematen: een bypass van de zenuwbanen. Een 71-jarige man, die twee jaar eerder bij een verkeersongeluk een dwarslaesie ter hoogte van de onderste nekwervel had opgelopen en daardoor grotendeels verlamd was, kon na deze experimentele operatie zijn vingers weer bewegen en zelfstandig eten. Hij kon zelfs weer een beetje schrijven met zijn linkerhand (voor het ongeluk was hij rechtshandig).

De chirurgen, onder leiding van Susan Mackinnon, schrijven in het tijdschrift Journal of Neurosurgery dat ze verwachten dat de handbewegingen van hun patiënt door meer oefening nog verder zullen verbeteren. Vóór de operatie kon de patiënt alleen zijn onderarmen grof bewegen, een teken dat er nog enige zenuwimpulsen in zijn armen doordrongen. Maar zijn vingers waren geheel bewegingloos door de dwarslaesie.

De chirurgen sloten in de bovenarm het bovenste deel van een handzenuw (nervus interosseus) aan op een donorzenuw (nervus brachialis) die normaal de bovenste spier van de onderarm aanstuurt. Uit ervaring wisten zij dat dit geen gevolgen zou hebben voor de beweging van de armen, omdat de elleboog alleen met hulp van de biceps gebogen kan worden. De nervus interosseus stuurt de diep gelegen spieren aan die nodig zijn voor de het bewegen van duim en wijsvinger om iets vast te pakken.

Acht maanden na de operatie kreeg de patiënt beweging terug in zijn linkerduim, wijs- en middelvinger en nog twee maanden later kwam die beweging ook terug in zijn rechterhand. De bypass is mogelijk omdat de motorische zenuwen van de arm net iets hoger aftakken van het ruggenmerg dan de zenuwbanen die de hand besturen.