Onderzoekers krijgen vier miljoen euro om een neuroprosthetisch implantaat te ontwikkelen voor slechtzienden.
Wetenschappers gaan onderzoeken hoe elektrische stimulatie in de visuele cortex kan worden gebruikt om kunstmatige visuele indrukken te creëren.
Wereldwijd zijn ongeveer 354 miljoen mensen slechtziend en ongeveer 40 miljoen blind. Slechts ongeveer de helft van de blinde patiënten heeft baat bij de huidige behandelmethoden. Neuroprosthetica is misschien een manier om het gezichtsvermogen te herstellen, maar tot nu toe ontbrak elke technologie voor het verwezenlijken van zinvolle visuele waarnemingen gedurende langere tijd. Dr. Maria Asplund en Dr. Patrick Ruther van de afdeling Microsystems Engineering van de Universiteit van Freiburg en BrainLinks-BrainTools werken binnen een internationaal onderzoeksconsortium en streven naar de ontwikkeling van een neuroprosthetisch implantaat dat machine learning gebruikt om het gezichtsvermogen voor langere tijd te verbeteren. Vanaf 1 september 2020 zal de Europese Commissie het “NeuraViPeR” -project ondersteunen in haar financieringsprogramma “Horizon 2020”. De subsidie van vier miljoen euro heeft een totale looptijd van vier jaar. Het projectteam van Freiburg krijgt 692 duizend euro van dat bedrag.
De huidige neuroprothesen hebben te weinig elektroden en hun levensduur van slechts enkele weken is niet voldoende om de neuronale activiteit op lange termijn te stimuleren en vast te leggen. Ze monitoren bovendien noch de effectiviteit van de stimulatie, noch de toestand van de hersenen van de patiënt. Het doel van het “NeuraViPeR” -project is het creëren van de basisparameters voor een langlevend implantaat voor hersenstimulatie. Door adaptieve algoritmen van deep learning te gebruiken – een geautomatiseerd proces van machine learning – is het doel van het consortium om een nieuwe hersencomputer interface technologie te ontwikkelen die tientallen jaren veilig en effectief zal werken.
De algoritmen zetten camerabeelden om in elektrische stimulatieve patronen voor de visuele cortex, het deel van de hersenschors dat zien mogelijk maakt. Ze zullen de geregistreerde hersentoestanden en oogbewegingen gebruiken om de perceptie in een gesloten systeem te verbeteren. Op deze manier maken de algoritmen het voor blinden mogelijk om objecten en gezichtsuitdrukkingen te herkennen en hun weg te vinden in een onbekende omgeving. Om het systeem licht, betrouwbaar en draagbaar te maken, willen de onderzoekers de software algoritmen installeren op energiebesparende hardware met een korte vertragingstijd.
De neuroprothese die in Freiburg wordt ontwikkeld, omvat duizenden gecoate micro-elektroden die met moderne assemblage technologieën elektrisch worden verbonden met sterk geïntegreerde computerchips en in de visuele cortex worden geïmplanteerd. De elektroden mogen slechts minimale schade aan het omringende weefsel veroorzaken en stabiel blijven ondanks herhaalde, langdurige elektrische stimulatie. Het internationaal onderzoeksteam zal met behulp van de nieuwe computerchips stimulerende stromen naar de elektroden sturen en de neurale activiteit in grotere delen van de hersenen volgen.
Prof. Dr. Shih-Chii Liu van de Universiteit van Zürich leidt het project. Andere leden zijn afkomstig van het Nederlands Instituut voor Neurowetenschappen van de Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen in Amsterdam, het spin-off bedrijf Phosphoenix in Amsterdam, de “Stichting Universiteit” in Nijmegen in Nederland, de Miguel Hernández Universiteit in Elche, Spanje, en de Interuniversity Microelectronics Center in Leuven, België. Het team brengt expertise samen van informatietechnologie, systeem- en klinische neurowetenschappen, materiaaltechnologie, microsysteem techniek en deep learning. Maria Asplund en Patrick Ruther zullen aan het project werken in het nieuwe onderzoeksgebouw “Intelligent Machine-Brain Interfacing Technology” (IMBIT). IMBIT wordt naar verwachting begin 2021 geopend en biedt onderzoekers in Freiburg een optimale infrastructuur voor het bestuderen van machine interfaces voor de hersenen.