Blinden weer laten zien met implantaat zonder draden

Niemand minder dan de blinde zanger Stevie Wonder liet vorige week weten zeer enthousiast te zijn over de slimme bril van TU Delft-startup Envision. De bril heeft een ingebouwde camera en kan gebruikers weer een stuk zelfstandigheid geven door teksten te lezen of objecten terug te vinden. Maar om blinden en slechtzienden echt weer te laten zien in beelden - weliswaar opgebouwd uit pixels - moet de brilcamera aan een implantaat gekoppeld worden. Dat is dan ook het doel van het Nederlandse onderzoeksprogramma NESTOR, een consortium met wetenschappers van onder meer het Nederlands Herseninstituut, Universiteit Twente, Radboud Universiteit, Maastricht University en de TU/e.

In het kort worden de camerabeelden van de bril die de blinde op heeft, bewerkt in een mini-computer, en vervolgens draadloos doorgestuurd naar een hersenchip. Die bestaat uit vele elektrodes die met elektrische stroompjes cellen in de visuele hersenschors kunnen prikkelen, legt Adedayo Omisakin uit. Samen met PhD-student Tom van Nunen en projectleider Mark Bentum houdt hij zich binnen het NESTOR-project bezig met het stuk draadloze communicatie. Waar Van Nunen werkt aan de draadloze energievoorziening van het implantaat en later dit jaar zijn proefschrift zal verdedigen, lag de focus van Omisakin op de draadloze communicatie van en naar het implantaat.

Beschadigde zenuwen

“Bij veel blinden zijn de zenuwen tussen de ogen en hersenen beschadigd en is de enige optie directe stimulatie van de visuele hersenschors. Daar zijn een externe camera, beeldverwerking en geïmplanteerde elektrodes voor nodig. En het liefst geen draden, om infecties in het hersengebied te voorkomen, maar ook omdat de patiënt zo veel mobieler is.” Omisakin praatte met verschillende neurologen en neurochirurgen en kreeg ook de kans om de elektrodes bij de Amerikaanse fabrikant te gaan bekijken. “De elektrodes zitten gerangschikt in een raster van tegels, 16 stuks met elk 64 elektrodes. In totaal dus 1024 elektrodes, een ongekend hoog aantal. We hebben er voor gekozen om de centrale zendontvanger, die met de tegels communiceert, net onder de huid te plaatsen. Zo voorkomen we onnodig signaalverlies door de schedel.”

In vier jaar transformeerde Omisakin in een superingenieur, vertelt hij lachend. “Ik heb alles van conceptualisatie tot validatie gedaan. Eerst de verschillende mogelijke communicatietechnieken vergeleken en veel details onderzocht: datasnelheden, stroomverbruik, frequentiebanden. Daarna kwam het labwerk. Veel labwerk. Maar al snel konden we in een demonstratiemodel van de zendontvanger een veelbelovende datasnelheid bereiken. En door het gebruik van speciale halfgeleider-technologie kwamen we zelfs uit op een verbruik van minder dan 1 mW in een geïntegreerde schakeling.”

Epilepsie

Dat is goed nieuws, want eerdere implantaten verbruikten juist veel stroom, wat bij patiënten tot epileptische aanvallen kan leiden. Zo ook bij de Canadees Jens Naumann, een van de eerste mensen die dankzij een hersenchip weer (kortstondig) kon zien. De zware epileptische aanvallen, maar ook de vele infecties aan de draden die uit zijn hoofd staken, zorgden ervoor dat hij uiteindelijk het implantaat gedeeltelijk moest laten verwijderen. Omisakin ontmoette Naumann tijdens een van de NESTOR-bijeenkomsten en was onder de indruk van zijn enthousiasme voor Omisakins onderzoek. Iets wat de PhD-student nog meer inspireerde om succesvolle draadloze communicatietechnologie te ontwikkelen voor de hersenchips. “Onderzoekers van het Nederlands Herseninstituut hebben de nieuwe hersenchips met 1024 elektrodes al getest in apen, die er letters, bewegende objecten en lijnen mee konden waarnemen. Ook ons systeem kan na nog wat aanpassingen getest gaan worden. Voor beelden met een bruikbare beeldkwaliteit moet het aantal elektrodes uiteindelijk nog verder omhoog. We maken goede stappen, maar we zijn er nog niet. Toch denk ik dat we met deze technologie in vijf à tien jaar het verschil kunnen gaan maken voor blinden en slechtzienden.”

Een nieuwe PhD-student is al begonnen waar Omisakin gestopt is. Ze hebben af en toe mailcontact zodat Omisakin nog zijdelings betrokken blijft, ook al werkt hij sinds kort bij chipfabrikant NXP Semiconductors. Want na een overstap van Nigeria via Cyprus, waar hij studeerde, blijft hij nu in Eindhoven; volgens hem “the place to be als het gaat om cutting edge technology”. Zijn Nigeriaanse familie kan helaas niet persoonlijk aanwezig zijn tijdens zijn laatste universitaire optreden en zal zijn promotie noodgedwongen online volgen. Nu maar hopen dat de draadloze technologie ook hier een beetje meewerkt.

Titel van PhD thesis: Bi-directional Transcutaneous Wireless Communication System for Intracortical Visual Prostheses. Promotors: Mark Bentum en Rob Mestrom. 

Source: Cursor.