Fremtiden for berøring: Forbedring af kunstige sanser for BCI‑brugere

Hurtige teknologiske fremskridt indsnævrer i stigende grad grænsen mellem mennesker og maskiner. I spidsen for denne udvikling står en hjerne‑computer‑grænseflade (BCI), som skaber en direkte kommunikationsforbindelse mellem hjernens elektriske aktivitet og en ekstern output.

Ved at lette kommunikationen mellem hjernen og computeren hjælper BCI med at gendanne evnerne hos fysisk udfordrede personer. Den omdanner aktivitet i vores hjerner til signaler, der kan erstatte eller forbedre kropsfunktioner, såsom muskelbevægelse, normalt styret af hjernen. På denne måde viser BCI et enormt potentiale for at forbedre folks livskvalitet. 

BCI har været under udvikling i omkring et halvt århundrede og har i årenes løb oplevet enorm fremgang, hvor forskere nu demonstrerer teknologiens evne til effektivt at genoprette evner hos personer med handicap, såsom lammelse, motoriske svækkelser, talevanskeligheder og dem med symptomer på skizofreni.

Studier har også vist, at brug af BCI hjælper handicappede personer med at opleve den mistede fornemmelse af berøring. Sådanne taktile fornemmelser er dog stadig ufuldkomne og ligner hinanden mellem objekter med forskellige strukturer eller temperaturer. Nu søger forskere at skabe en intuitiv følelse af berøring.

Berøring er en integreret del af vores liv, som hjælper os ikke kun med at forbinde med andre, men også med at samle objekter og gå. Ifølge Charles Greenspon, en neuroforsker ved University of Chicago:

“De fleste mennesker indser ikke, hvor ofte de er afhængige af berøring i stedet for syn. Hvis du ikke kan føle, er du nødt til konstant at kigge på din hånd, mens du gør noget, og du risikerer stadig at spilde, knuse eller tabe genstande.”

For at genoprette fornemmelsen i proteselever, bruger forskere små elektrodearrays placeret i de hjerneområder, der er ansvarlige for den specifikke funktion. 

Dette gør det muligt for deltagerne at bevæge deres lemmer ved hjælp af en robotarm ved blot at tænke på bevægelse, mens sensorer på den udløser pulser af elektrisk aktivitet i de hjerneområder, der er dedikeret til berøring. Selvom forskere kunne fremkalde følelser af berøring, var disse ret svage og svære at lokalisere præcis, hvor kontakten faktisk foregik.

Men nu har helt ny forskning, hvor brugere af hjerne‑computer‑grænseflader designer unikke taktile oplevelser for forskellige objekter vist på en skærm og derefter, kun ved hjælp af fornemmelsen, gætter objektet med en vis nøjagtighed.

Udfordringen ved at integrere sensorisk feedback i proteser

Forskere fra University of Pittsburgh School of Medicine har opnået et gennembrud, der bringer dem tættere på at udvikle en BCI, der giver personer med tetraplegi¹, også kendt som kvadriplegi, mulighed for at genoprette deres mistede berøringsfølelse.

Tetraplegi er, når en person mister bevægelse i både arme og ben, og ofte også overkroppen, typisk på grund af en skade på den cervikale rygmarv, slagtilfælde eller anden neurologisk skade. 

Skaden forstyrrer de signaler, der gør det muligt for hjernen at modtage og behandle sensorisk information som berøring, hvilket resulterer i patientens tab af følelse i de berørte lemmer.

Mens proteser giver et kunstigt lem til at erstatte den mistede funktion, kan dette kun opnås, hvis de også giver en følelse af berøring, ligesom et rigtigt lem. Traditionelle kunstige lemmer fokuserede hovedsageligt på at genoprette bevægelse, men teknologiske fremskridt har gjort det muligt at have en følelse af berøring ved brug af sensorer og elektrisk stimulation.

For fuldstændigt at genoprette den mistede funktion af lemmer skal enheden sømløst integreres med en persons eksisterende sensorimotoriske system, som forbinder menneskelig perception og handling.

For at opnå dette er taktil feedback af afgørende betydning. Denne form for sensorisk interaktion med enheder handler om fysiske berøringsoplevelser.

En lovende måde at levere denne form for feedback på er gennem intracortical mikrostimulering (ICMS) af den somatosensoriske cortex, som kan fremkalde lokaliserede fornemmelser på en persons lammede lem. Ved at levere taktil information direkte til hjernen er ICMS et attraktivt alternativ for personer med højniveau amputation eller rygmarvsskade.

Dog er det ikke enkelt at opnå dette, men snarere meget svært på grund af vores begrænsede forståelse af den neurale behandling af berøring. Hardwarebegrænsninger begrænser også evnen til naturligt at efterligne neurale responser. Desuden er stimuleringens parameterrum komplekst, og rapporter om, hvor reelle de kunstige oplevelser med fornemmelse var, er tilbøjelige til bias og svære at fortolke.

Selvom positionen og styrken af den berøring, der fremkaldes gennem mikrostimulering af den somatosensoriske cortex, kan overføres pålideligt, er der problemer med at udvikle mere indviklede naturlige fornemmelser, hvilket indebærer utilstrækkelige teknikker til effektivt at scanne et bredt stimulusrum og problemer med at analysere den perceptuelle kvalitet. 

De fleste studier, der har undersøgt psyko‑fysikken af ICMS, har manipuleret én stimulationsparameter ad gangen. De fleste af studierne er udført på ikke‑menneskelige primater, som ikke kan verbalisere deres oplevede fornemmelser. 

Der er simpelthen et behov for mere effektive metoder til at udforske kvaliteten af de fornemmelser, der fremkaldes gennem ICMS.

Så i den seneste undersøgelse, et samarbejde mellem Pitt og University of Chicago, har forskere præsenteret en grænseflade, der tackler udfordringerne ved at skabe komplekse naturalistiske fornemmelser. 

Undersøgelsen bemærkede, at da folk i sidste ende forventes at bruge lukkede‑loop BCI’er i dagligdagen, er det vigtigt at undersøge den funktionelle brug og oplevelse af ICMS‑fremkaldte fornemmelser. 

Dog er udvalget af deltagere tilgængelige i sådan forskning begrænset. Kun omkring syv personer med bidirektionelle intracortikale implantater i deres somatosensoriske og motoriske cortex er tilgængelige, og undersøgelsen inkluderede tre af dem.

Styrkelse af BCI‑brugere til at definere deres sensoriske oplevelse

Grænsefladen, som forskerne har skabt, er blevet brugt af tre mandlige personer med tetraplegi til at designe deres fornemmelser for forskellige virtuelle objekter.

Kunstige taktile fornemmelser blev designet til at repræsentere interaktioner med en kat, et æble, en nøgle, et håndklæde og en skive ristet brød. Disse objekter blev valgt for deres række af taktile dimensioner, herunder genkendelighed, behagelighed, temperatur, mikro‑ og makrostruktur, fugtighed, friktion og eftergivelighed.

Deltagerne brugte den resterende funktion i deres venstre hånd til at interagere med tabletgrænsefladen, som genererede “berørings”-fornemmelser på deres håndflade.

Mens de udforskede objekterne gennem deres kunstige berøring, beskrev deltagerne den kølige rundhed af et æble, den glatte, stive overflade af en dørnøgle og den varme pels af en kat. Dette er helt anderledes end tidligere eksperimenter, hvor kunstig berøring ofte føltes som prikken eller summen, som ikke engang varierede fra det ene objekt til det andet.

Det, der adskilte dette eksperiment fra tidligere forskning, var at deltagerne havde kontrol over deres egen stimulation og kunne aktivt udforske et visuelt præsenteret objekt. 

Ved passiv stimulation, hvor der ingen syn og udforskning er, rapporterer folk typisk hudniveau‑fornemmelser såsom tryk eller vibration. Dette skyldes, at deltagernes opmærksomhed er fokuseret på deres krop. 

I kontrast hertil er deltagere i aktiv udforskning sandsynligvis fokuseret på den eksterne verden. Derfor fortolker de den samme perception som objektorienterede fornemmelser som ruhed. Dette kan være grunden til, at deltagerne i den seneste undersøgelse spontant rapporterede flere objektorienterede fornemmelsesbeskrivelser.

Denne evne hos deltagerne til at kontrollere stimuleringens præsentation ved at “røre” ved et objekt vist på tabletten hjalp med at skabe en mere realistisk eksperimentel kontekst. Her var de oplevede fornemmelser ikke resultatet af eksperimentator‑drevet stimulation uden en meningsfuld kontekst, men snarere målrettede udforskende bevægelser.

Forskere gav i bund og grund BCI‑brugere kontrol over detaljerne i den elektriske stimulation, der skaber taktile fornemmelser, i stedet for at træffe de beslutninger selv, hvilket gjorde dem i stand til at genskabe en følelse af berøring, der føltes intuitiv for dem. Ifølge hovedforfatter Ceci Verbaarschot, en tidligere postdoc‑fellow ved Pitt Rehab Neural Engineering Labs og nu assisterende professor i neurologisk kirurgi og biomedicinsk ingeniørvidenskab ved University of Texas‑Southwestern:

“Berøring er en vigtig del af non‑verbal social kommunikation; det er en fornemmelse, der er personlig og som bærer meget betydning.” 

She added:

“At designe deres egne fornemmelser giver BCI‑brugere mulighed for at gøre interaktioner med objekter mere realistiske og meningsfulde, hvilket bringer os tættere på at skabe et neuroprotes, der føles behageligt og intuitivt at bruge.”

Genskabelse af sensorisk virkelighed udelukkende fra neurale input

Under undersøgelsen, mens de søgte efter den perfekte berøring, bad forskerne BCI‑deltagere først om at finde en kombination af stimulationsparametre, der føltes som at røre ved en ristet skive, et håndklæde, en nøgle, et æble eller en kat.

Hele tiden udforskede brugerne det digitalt præsenterede objekt. Undersøgelsesdeltagerne beskrev objekterne i levende termer, hvilket var subjektivt. For eksempel beskrev den ene deltager katten som silkeagtig og glat, mens den anden beskrev den som klapret og varm. Derefter blev billederne fjernet, og ved kun at bruge deres stimulation måtte de genkende objekterne.

For at simulere “berørings”-oplevelsen for BCI‑brugere stimulerede undersøgelsen tre elektroder sekventielt. Hver af disse elektroder, som blev aktiveret af kontakt med forskellige regioner af objektet, fremkaldte en fornemmelse i et tilstødende område af hånden.

Deltagerne var i stand til nøjagtigt at identificere et af fem objekter uden visuelle ledetråde 35 % af tiden, hvilket er betydeligt over tilfældet, men der er behov for væsentlig forbedring. Dog steg forvirringen mellem to fornemmelser for objekter, der delte flere taktile egenskaber.

“Vi designede denne undersøgelse for at sigte efter månen og fik den i kredsløb. Deltagerne havde en virkelig svær opgave med at skelne mellem objekter kun ved taktil fornemmelse, og de var ret succesfulde med det.”

– Seniorforskningsforfatter Robert Gaunt, Ph.D., som er lektor i fysisk medicin og rehabilitering ved Pitt

Gaunt påpegede, at selv fejlene var “forudsigelige”, da det er sværere at skelne mellem et håndklæde og en kat, begge bløde, mens forvirring var mindre sandsynlig mellem en kat og en nøgle.

Samlet set fandt undersøgelsen det lovende, at deltagerne var i stand til at skabe distinkte objektfornemmelser selv i det udfordrende miljø med et stort parameterrum.

Den konkluderede, at mikrostimulering i den somatosensoriske cortex kan stimulere intuitive perceptioner med forskellige håndgribelige egenskaber. Mere komplekse stimuli “låser op for et større perceptuelt rum, der kan gøre det muligt for folk at skelne kunstigt opfattede objekter med øget præcision og intuition,” stod der.

Dette er et stort skridt mod at skabe et kunstigt lem, der sømløst integreres med en individs unikke sensoriske verden.

Et voksende fokus på at forfine kunstig berøring i BCI’er

I BCI‑verdenen er der i øjeblikket et voksende fokus på at gøre berøring mere intuitiv. Allerede i år har flere forskere gjort fremskridt inden for robotprotesarme og BCI’er for at genoprette motorisk kontrol og en følelse af berøring.

Neuroforsker Greenspon og hans team adresserede de nuværende begrænsninger ved at skabe naturlige berøringsfornemmelser i kunstige lemmer ved at fokusere på at sikre, at elektrisk stimulerede berøringsfornemmelser er præcist lokaliserede, stabile og stærke nok til daglig brug.

Til dette leverede de korte pulser til individuelle elektroder i berøringscentrene. Derefter rapporterede deltagerne placeringen og styrken af hver fornemmelse, de følte, hvilket hjalp med at skabe et omfattende kort over hjerneområder for specifikke kropsdele.

Testen viste, at stimulation af to tæt placerede elektroder sammen fik deltagerne til at føle en stærkere, klarere berøring.

Det supplerende papir arbejdede på at gøre kunstig berøring mere intuitiv og immersiv ved at placere klynger af elektroder med overlappende sensoriske lokationer. Dette genererede følelser, som deltagerne beskrev som en blid glidende berøring, selvom stimulusen blev leveret i små, diskrete trin.

Aktivering af elektroderne sekventielt forbedrede også deltagernes evne til at skelne indviklede håndgribelige former og reagere på ændringer i de berørte objekter, hvilket hjælper med at bringe bionisk feedback tættere på de komplekse og præcise evner ved naturlig berøring.

“Vi formidlede taktile fornemmelser relateret til orientering, krumning, bevægelse og 3D‑former for en deltager, der brugte et hjerne‑styret bionisk lem. Vi er nu på et andet niveau af kunstig berøring. Vi mener, at denne rigdom er afgørende for at opnå niveauet af fingerfærdighed, manipulation og en højt dimensionel taktil oplevelse, som er typisk for den menneskelige hånd.”

– Hovedforfatter af undersøgelsen Giacomo Valle, lektor ved Chalmers University of Technology.

I mellemtiden har forskere ved Max Planck Institute for Intelligent Systems opfundet bærbare enheder, der kan levere udtryksfulde taktile fornemmelser såsom en beroligende berøring, tryk på huden og vibrationer ved brede frekvenser, hvilket går ud over de nuværende enheders kapaciteter. 

For at udvide haptiske fornemmelser udviklede de elektrisk drevne kutane elektrohydrauliske (CUTE) wearables, som kan tilpasses til at levere flere typer af berøringer ved at ændre spændingen over tid.

“Vores CUTE‑enheder demonstrerer muligheden for at skabe letvægts bærbare systemer, der giver behagelig og udtryksfuld taktil kommunikation. Fremtidige udviklinger kan se denne teknologi anvendt på større områder af kroppen, producere mere komplekse fornemmelser og endda studere menneskelig perception af haptiske signaler, som tidligere var svære at skabe.”

– Første forfatter Natalia Sanchez, Ph.D.-studerende ved MPI-IS

Investering i Brain Computer Interface‑området

De fleste virksomheder, der arbejder med hjerne‑computer‑grænseflader, er stadig private, hvilket gør det svært for almindelige investorer at få eksponering. ClearPoint Neuro (CLPT ) er en af de få offentlige undtagelser. De bygger ikke selv BCI’er, men deres MR‑guidede kirurgiske værktøjer bruges allerede på hospitaler til at implantere neurale enheder. Det gør dem til en bag‑scenen spiller, der hjælper med at skubbe feltet fremad – og en sjælden mulighed for at investere i dette område via det offentlige marked.

ClearPoint Neuro Inc.

ClearPoint Neuro, et gen‑terapi‑aktiverende firma, specialiserer sig i præcis navigation til hjernen og rygmarven. Ved at levere platforme, der muliggør præcis placering af enheder i hjernen, spiller deres teknologi en vigtig rolle i udviklingen og implementeringen af BCI‑systemer og fremmer deres anvendelser.

Med over 50 partnere inden for BioPharma og mere end 75 neurokirurgiske centre globalt er ClearPoint godt positioneret til at vokse i denne fremspirende industri.

Med en markedsværdi på 387 millioner dollars handles virksomhedens aktier i øjeblikket til $13,86, ned 9,75 % indtil videre i år. Dens EPS (TTM) er -0,70 og P/E (TTM) er -19,68, mens der ikke tilbydes udbytte til aktionærerne.

Når det gælder virksomhedens økonomi, rapporterede ClearPoint en omsætning på 31,4 millioner dollars for året 2024. Med en stigning på 31 % i forhold til året før havde virksomheden sit tiende på hinanden følgende år med vækst. I denne periode opnåede den også en bruttoavance på 61 % på salget, en stigning på 4 % i forhold til året før.

Dette var den “stærkeste finansielle og strategiske præstation,” sagde administrerende direktør Joe Burnett og tilføjede, “Meget vigtigt er, at vi føler, at vi er gået ind i den næste fase af ClearPoint som virksomhed, en fase som vi kalder ‘Fast. Forward.’”

Efter at have foretaget en tidlig tilbagebetaling på en konvertibel note på 10 millioner dollars, havde virksomheden ingen udestående gæld ved årets slutning. Den likvide forbrænding i denne periode var 9 millioner dollars, 35 % mindre end hvad ClearPoint brugte i 2023. Pr. 31. december 2024 havde virksomheden kontanter og likvide midler på 20,1 millioner dollars.

Senest har virksomheden ansøgt FDA om at udvide brugen af sit ClearPoint Prism Neuro Laser Therapy System til MR. Dette skridt kan potentielt åbne det i øjeblikket utilgængelige amerikanske marked for interstitiel termisk terapi (LITT) for dem.

Seneste om Clearpoint Neuro Inc.

Konklusion

Med deres evne til at bestemme vores intention om at bevæge eller kontrollere noget i vores miljø direkte fra hjerneaktivitet, viser hjerne‑computer‑grænseflader (BCI) et enormt potentiale for at revolutionere, hvordan mennesker, især dem med handicap, interagerer med teknologi samt verden omkring os. BCI’er gør i bund og grund, at brugere kan styre enheder ved blot deres tanker.

Undersøgelsen fra Pitt Med, som gør det muligt for brugere at skabe deres egne taktile miljøer, markerer et vigtigt skift fra blot at genoprette funktion til at genoprette oplevelse. Den viser, at proteser kan være mere end blot værktøjer; de kan faktisk være forlængelser af selvet.

Dette er dog stadig begyndelsen, med betydeligt plads til forbedring. Men efterhånden som BCI‑systemer udvikler sig, vil grænsen mellem kunstig og biologisk fornemmelse fortsætte med at udviske, og med den vil avancerede kapaciteter omforme, hvordan vi opfatter, interagerer og endda definerer bevidsthed.

Klik her for en liste over de bedste hjerne‑computer‑grænsefladevirksomheder.

Refererede studier:

1. Verbaarschot, C., Karapetyan, V., Greenspon, C. M., Cramer, A., van der Kouwe, A., Wendelken, S., … & Andersen, R. A. (2025). Formidling af taktile objektkarakteristika gennem tilpasset intracortikal mikrostimulering af den menneskelige somatosensoriske cortex. Nature Communications, 16, 4017. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58616-6