Wetenschappers zijn er door het brein ‘af te luisteren’ in geslaagd de verlamde arm van een aap weer werkende te krijgen.

De onderzoekers verzamelden een aantal resusapen en bestudeerden de signalen die hun hersenen en spieren afgaven wanneer ze met een bal speelden. Na enige tijd leverde dat een algoritme op waarmee de onderzoekers in staat waren om de signalen die de hersenen afgaven te vertalen in de opdracht die de spieren van het brein kregen. Daarna gaven de onderzoekers de apen een lokale verdoving bij hun ellebogen. Hierdoor werden signalen van de zenuwen vanaf de ellebogen niet meer doorgegeven. Het resultaat: de onderarm van de aap was verlamd.

Luistervink
Met een speciaal apparaatje werden de signalen die het brein tevergeefs naar de arm stuurde, opgevangen en vertaald naar de acties die de spieren eigenlijk moesten uitvoeren. Die vertaalde signalen werden weer doorgegeven aan een apparaatje aan de arm dat de spieren liet samentrekken. “We luisteren de natuurlijke elektrische signalen waarmee het brein de arm en hand vertelt om te bewegen, af en zenden deze signalen direct naar de spieren,” legt onderzoeker Lee E. Miller uit.

De verlamde aap. Afbeelding: Nature / doi:10.1038/nature10987.

Succes
En die aanpak was zeer succesvol, zo is in het blad Nature te lezen. De onderzoekers konden de hersensignalen binnen veertig milliseconden vertaald en wel bij de spieren afleveren. Die spieren deden vervolgens precies wat het brein wilde. De apen waren bijna net zo goed in staat om met de bal om te gaan als daarvoor, toen ze nog geen verlamde arm hadden. “De aap gebruikt zijn hand niet helemaal op perfecte wijze,” benadrukt Miller. Maar de onderzoekers hebben goede hoop dat de aap bij langdurige verlamming vanzelf beter zou gaan bewegen. “Dingen zijn anders en je leert om jezelf daar aan aan te passen.”

Zelfstandig
Het bijzondere aan deze aanpak is dat de aap helemaal zelf bepaalt wat hij met zijn hand doet. Het zijn tenslotte zijn eigen hersensignalen die worden doorgegeven. “Dit geeft de aap vrijwillige controle over zijn hand en dat is met de huidige klinische protheses niet mogelijk.”

Zenuwcellen
Om de spieren aan te sturen, luisteren de onderzoekers zo’n 100 zenuwcellen af. “We kunnen een opmerkelijke hoeveelheid informatie uit slechts 100 zenuwcellen halen, zelfs al zijn er letterlijk miljoenen zenuwcellen betrokken bij het maken van deze beweging. Eén van de redenen daarvan is dat deze zenuwcellen normaal signalen naar de spieren sturen. Achter deze zenuwcellen bevinden zich vele anderen die de berekeningen maken die het brein nodig heeft om de bewegingen te controleren. Wij kijken naar het eindresultaat van die berekeningen.”

De onderzoekers hopen dat in de toekomst ook verlamde mensen met deze aanpak weer de controle over hun ledematen krijgen. “Deze verbinding van het brein naar de spieren kan op een dag gebruikt worden om patiënten die door een aandoening aan het ruggenmerg verlamd zijn geraakt te helpen hun dagelijkse dingen te doen en onafhankelijker te worden.”