Neurowetenschappers werken aan hersenimplantaten die blinde mensen weer een beetje zicht moeten geven. De techniek werkt, maar is nog onvoldoende ontwikkeld om ‘de straat op te gaan’.
Stel je een blind persoon voor op de stoep van een weg van een grote Nederlandse stad. Over de weg rijden auto’s, fietsen en een enkele tram. De blinde persoon wil de weg oversteken en is daarvoor afhankelijk van een blindenstok, een hond, het geluid van het stoplicht of de hulp van andere voetgangers.
Neurowetenschappers hopen in de toekomst wat aan die afhankelijkheid te kunnen doen. Ze werken aan een methode om blinden iets van ‘zicht’ te geven. Hersenimplantaten kunnen ervoor zorgen dat er lichtflitsjes zijn te zien. De blinde persoon zou dan vanaf de stoep, zo is de hoop, contouren van verkeersobjecten kunnen onderscheiden. Daarmee zou hij of zij wél kunnen reageren of anticiperen op die voorbijkomende auto, fiets of tram.
Stroomstootjes
De methode werkt als volgt. De blinde persoon draagt een camera op het lichaam, die beelden van de omgeving maakt en op basis daarvan signalen stuurt naar de hersenimplantaten. Die implantaten kunnen via elektroden in de hersenen gebieden stimuleren, waardoor lichtpuntjes ontstaan die de blinde persoon waarneemt. “Een deel van onze hersenen houdt zich bezig met wat we zien”, legt Jaap De Ruyter de Steveninck uit, die aan het Nijmeegse Donders Instituut onderzoek deed naar deze techniek. “Dit visuele hersengebied kun je bij blinde mensen activeren met een stroomstootje. Daarmee zien ze een lichtflitsje. En in plaats van hun ogen gebruiken ze een camera, die info opvangt uit de buitenwereld. Afhankelijk van welke elektroden je aanzet of stimuleert, kan je kiezen welk patroon van lichtflitsjes de blinde persoon waarneemt.”
Simpele dingen, zoals belangrijke obstakels herkennen, moet te doen zijn
De techniek bestaat uit hardware en software. Onder hardware vallen de implantaten, waarin elektroden verwerkt zitten. “De elektroden moeten in de eerste plaats door de hersenen worden getolereerd. Bovendien zijn we nog lang niet zover dat we in de stippen al verkeersobjecten kunnen herkennen. Dus qua beeld moeten nog stappen worden gezet. Aan de universiteit in de Spaanse stad Elche doen ze al onderzoek met de hardware: ze testen de implantaten bij blinde proefpersonen, die stippenbeelden te zien krijgen. Dat is echter alleen nog op wetenschappelijk niveau.”
Om ooit wél de straat op te kunnen met de techniek moet ook de softwarekant nog sterk verbeteren – hét specialisme van De Ruyter de Steveninck, die inmiddels werkt bij een bedrijf dat software ontwikkelt waarmee is aan te tonen of een video deepfake is. Hamvraag: hoe ontwikkel je software die zo goed mogelijk de implantaten aanstuurt? “Mensen met een visuele prothese, zoals we de implantaten noemen, krijgen nooit hetzelfde biologische zicht als wij hebben. Ze zullen alleen wat stippen zien. Dat is relatief weinig info, dus moet je daar heel nauwkeurig mee omgaan: je moet kiezen wat de belangrijkste dingen zijn om te laten zien. Een verkeersomgeving is vaak druk. De software moet ervoor zorgen dat de blinde persoon uiteindelijk de auto’s en trams waarneemt, en niet de achtergrondbeelden. Mensen zien dan niet een auto of een tram, maar een paar stipjes. Toch kun je, als je het slim aanpakt, met die paar stipjes al heel veel waardevolle informatie tonen, zoals waar zich een auto bevindt of een tram.”
Beloning en straf
De Ruyter de Steveninck deed in eerste instantie onderzoek met niet-blinde proefpersonen. Die droegen in een ruimte met obstakels in de vorm van dozen een camera op het lichaam en een VR-bril op het hoofd, die de visuele prothese simuleerde. Met die bril zagen zij dus stippen uit de omgeving. Doel van de experimenten was om te achterhalen met welke stippen je het beste door een ruimte kan bewegen.
De onderzoeksruimte met obstakels in de vorm van dozen waar proefpersonen met VR-bril doorheen moesten navigeren.
Jaap De Ruyter de SteveninckIn het vervolg van het onderzoek maakte hij gebruik van een (niet-fysieke) avatar, die in een (eveneens niet-fysieke) digitale ruimte beweegt. De avatar leert via reinforcement learning: dit is een vorm van kunstmatige intelligentie, waarbij de machine – in dit geval een avatar – in een omgeving op zoek gaat naar beloningen. Het draait dus om het versterken van goed gedrag, zoals het niet botsen op obstakels. “Je geeft de avatar zicht zoals de echte proefpersonen dat hadden, waardoor deze in een versimpelde vorm objecten om zich heen ziet. Op basis van dat zicht kan de avatar keuzes maken. De avatar geef je een beloning als hij niet botst; bij een botsing krijgt ie een negatieve beloning. Beloning en straf zijn overigens niet meer dan een cijfertje. Het is een zelflerend algoritme.”
Op basis van de beloning of straf leert de avatar steeds beter welke keuzes deze kan maken om niet te botsen. De avatar herkent ook de stippenpatronen waarmee dit het beste gaat. “Zulke informatie is voor onderzoekers heel belangrijk, omdat we de keuzes van de avatar kunnen gebruiken. Het stelt ons in staat om te analyseren welke stippen het belangrijkste zijn om te functioneren in een omgeving. Met die informatie kunnen we de software zo instellen dat de blinde persoon de juiste stippen ziet op basis van de beelden die de camera maakt.”
Zelfstandigheid
Zo draagt onderzoek langzaam bij aan volwassenwording van de methode. Om “echt de brug te maken van fundamenteel onderzoek naar de praktijk” moet de wetenschap letterlijk de straat op, vindt De Ruyter de Steveninck. “Voor veel mensen bij het Donders Instituut voelden onze labexperimenten met dozen al redelijk als de straat – het was in die zin best een vernieuwend onderzoek. Maar een doos is geen trein of tram. We zullen daarom meer moeten gaan testen in het echte verkeer.”
De onderzoeker vindt het lastig om in te schatten hoe goed blinde mensen uiteindelijk kunnen gaan zien als de techniek tot volle wasdom is gekomen. “Ik ben voorzichtig: blinde mensen kunnen we niet laten genieten van een uitzicht. Simpele dingen, zoals veilig over straat gaan en belangrijke obstakels herkennen, moet te doen zijn. Wellicht dat mensen op een basaal niveau ook kunnen zien wie er voor ze staat en grofweg kunnen zien wat de gezichtsuitdrukking is van iemand. Maar ik denk dat het uiteindelijk al heel mooi is als mensen iets van zelfstandigheid in het dagelijks leven terugkrijgen.”
De techniek is al levensvatbaar, legt hij uit. Er bestaan al simpele implantaten. Voor wat betreft de toekomst moet de kwaliteit nog sprongen maken. Zo is de techniek nog niet bruikbaar in complexe dagelijkse handelingen, stelt De Ruyter de Steveninck. “De gebruikers kunnen met zo’n implantaat op dit moment maar een heel klein aantal stippen zien, die erg dicht bij elkaar staan en ook nog eens lastig uit elkaar zijn te houden. Ook weten we nog onvoldoende hoe we dit kleine aantal stippen handig kunnen inzetten in complexe dagelijkse handelingen.” Desalniettemin is de jonge onderzoeker hoopvol. “Ik denk dat de potentie groot is. We weten in principe dat het werkt, dat is al vaak bewezen bij de wetenschappelijke proeven die zijn gedaan. Maar het is nog heel moeilijk de technologie bruikbaar en veilig te maken.”