De Toekomst van Aanraking: Kunstmatige Zintuigen Verbeteren voor BCI‑gebruikers

Snelle technologische vooruitgangen verkleinen steeds meer de grens tussen mens en machine. Voorop in deze ontwikkeling staat een hersen‑computerinterface (BCI), die een directe communicatielink creëert tussen de elektrische activiteit van de hersenen en een externe output.

Door de communicatie tussen de hersenen en de computer te faciliteren, helpt BCI de mogelijkheden van fysiek beperkte mensen te herstellen. Het zet de activiteit in onze hersenen om in signalen die lichaamsfuncties kunnen vervangen of verbeteren, zoals spierbeweging, die normaal door de hersenen worden aangestuurd. Op deze manier toont BCI een enorm potentieel om de kwaliteit van leven van mensen te verbeteren.

BCI wordt al ongeveer een halve eeuw ontwikkeld en heeft de afgelopen jaren enorme vooruitgang geboekt, waarbij onderzoekers nu het vermogen van de technologie aantonen om efficiënt de mogelijkheden van mensen met beperkingen te herstellen, zoals verlamming, motorische stoornissen, spraakproblemen en symptomen van schizofrenie.

Studies hebben ook aangetoond dat het gebruik van BCI gehandicapten helpt de verloren tastzin te ervaren. Dergelijke tastzintuiglijke sensaties blijven echter onvolmaakt en lijken op elkaar tussen objecten met verschillende texturen of temperaturen. Nu proberen wetenschappers een intuïtieve tastzin te creëren.

Aanraking is een integraal onderdeel van ons leven, het helpt ons niet alleen om contact te maken met anderen, maar ook om objecten op te pakken en te lopen. Volgens Charles Greenspon, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Chicago:

“De meeste mensen realiseren zich niet hoe vaak ze op aanraking vertrouwen in plaats van op zicht. Als je niet kunt voelen, moet je constant naar je hand kijken tijdens alles wat je doet, en loop je nog steeds het risico om objecten te morsen, te verpletteren of te laten vallen.”

Om sensatie in prothetische ledematen te herstellen, gebruiken onderzoekers kleine elektrode‑arrays die in de hersengebieden worden geplaatst die verantwoordelijk zijn voor die specifieke functie.

Dit stelt deelnemers in staat hun ledematen te bewegen met een robotarm door simpelweg aan beweging te denken, terwijl sensoren daarop pulsen van elektrische activiteit activeren in de hersengebieden die aan aanraking zijn gewijd. Hoewel wetenschappers gevoelens van aanraking konden oproepen, waren deze tamelijk zwak en moeilijk te lokaliseren waar het contact precies plaatsvond.

Maar nu heeft gloednieuw onderzoek BCI‑gebruikers laten ontwerpen van unieke tastervaringen voor verschillende objecten die op een scherm worden getoond en vervolgens, alleen met de sensatie, het object met enige nauwkeurigheid te raden.

De uitdaging bij het integreren van sensorische feedback in protheses

Wetenschappers van de University of Pittsburgh School of Medicine hebben een doorbraak bereikt die hen dichter bij het ontwikkelen van een BCI die mensen met tetraplegie¹, ook wel quadriplegie genoemd, in staat stelt hun verloren tastzin te herstellen.

Tetraplegie is wanneer iemand de beweging in zowel de armen als de benen verliest, en vaak ook de romp, meestal als gevolg van een letsel aan het cervicale ruggenmerg, beroertes of andere neurologische schade.

De schade verstoort de signalen die de hersenen in staat stellen sensorische informatie zoals aanraking te ontvangen en te verwerken, waardoor de patiënt het gevoel in de getroffen ledematen verliest.

Hoewel protheses een kunstmatig ledemaat bieden om de verloren functie te vervangen, kan dit alleen worden bereikt als ze ook een gevoel van aanraking bieden, net als een echt ledemaat. Traditionele kunstmatige ledematen richtten zich voornamelijk op het herstellen van beweging, maar technologische vooruitgang heeft het mogelijk gemaakt om een gevoel van aanraking te realiseren met behulp van sensoren en elektrische stimulatie.

Om de verloren functie van ledematen volledig te herstellen, moet het apparaat naadloos worden geïntegreerd met het bestaande sensorimotorische systeem van een persoon, dat menselijke perceptie en actie verbindt.

Om dit te bereiken is tactiele feedback van cruciaal belang. Deze vorm van sensorische interactie met apparaten draait om fysieke aanrakingservaringen.

Een veelbelovende manier om dit soort feedback te bieden is via intracorticale microstimulatie (ICMS) van de somatosensorische cortex, die gelokaliseerde sensaties kan oproepen op een verlamd ledemaat. Door tactiele informatie direct naar de hersenen te sturen, is ICMS een aantrekkelijke optie voor mensen met een hoge amputatie of ruggenmergletsel.

Het bereiken hiervan is echter niet eenvoudig, maar juist zeer moeilijk vanwege ons beperkte begrip van de neurale verwerking van aanraking. Hardware‑beperkingen beperken ook de mogelijkheid om neurale reacties op natuurlijke wijze te repliceren. Bovendien is de stimulatie‑parameter‑ruimte complex, en zijn rapporten over hoe echt de kunstmatige ervaring met sensatie was gevoelig voor bias en moeilijk te interpreteren.

Hoewel de positie en sterkte van de door microstimulatie van de somatosensorische cortex opgewekte aanraking betrouwbaar kunnen worden overgebracht, zijn er problemen bij het ontwikkelen van meer ingewikkelde natuurlijke sensaties, die te maken hebben met onvoldoende technieken om een breed stimulus‑gebied effectief te scannen en problemen met het analyseren van de perceptuele kwaliteit.

De meeste studies die de psychofysica van ICMS hebben onderzocht, hebben één stimulatieparameter tegelijk gemanipuleerd. Het merendeel van de studies is uitgevoerd bij niet‑menselijke primaten die hun ervaren sensaties niet kunnen verwoorden.

Er is simpelweg behoefte aan efficiëntere methoden om de kwaliteit van sensaties die door ICMS worden opgewekt te verkennen.

Dus, in de nieuwste studie, een samenwerking tussen Pitt en de University of Chicago, hebben wetenschappers een interface gepresenteerd die de uitdagingen van het creëren van complexe naturalistische sensaties aanpakt.

De studie merkte op dat, aangezien mensen uiteindelijk gesloten‑loop‑BCI’s in het dagelijks leven gaan gebruiken, het belangrijk is de functionele bruikbaarheid en ervaring van ICMS‑opgewekte sensaties te onderzoeken.

Echter, de steekproef van deelnemers die beschikbaar is voor dergelijk onderzoek is beperkt. Slechts ongeveer zeven mensen met bidirectionele intracorticale implantaten in hun somatosensorische en motorische cortex zijn beschikbaar, en de studie omvatte drie van hen.

BCI‑gebruikers in staat stellen hun sensorische ervaring te definiëren

De door de wetenschappers gecreëerde interface is door drie mannelijke personen met tetraplegie gebruikt om hun sensaties voor verschillende virtuele objecten te ontwerpen.

Kunstmatige tastzintuiglijke sensaties werden ontworpen om interacties met een kat, een appel, een sleutel, een handdoek en een stuk toast te vertegenwoordigen. Deze objecten werden gekozen vanwege hun variëteit aan tactiele dimensies, waaronder vertrouwdheid, aangenaamheid, temperatuur, micro‑ en macro‑textuur, vochtigheid, wrijving en compliantie.

Deelnemers gebruikten de resterende functie in hun linkerhand om met de tabletinterface te interageren die “aanraak” sensaties op hun handpalmoppervlak genereerde.

Tijdens het verkennen van de objecten via hun kunstmatige aanraking beschreven deelnemers de koele rondheid van een appel, het gladde, stijve oppervlak van een deursleutel en de warme vacht van een kat. Dit verschilt volledig van eerdere experimenten, waarbij kunstmatige aanraking vaak aanvoelde als tintelingen of zoemen, die niet eens varieerden tussen objecten.

Wat dit experiment onderscheidde van eerder onderzoek was dat deelnemers de controle hadden over hun eigen stimulatie en actief een visueel gepresenteerd object konden verkennen.

Bij passieve stimulatie, waar geen visie en verkenning plaatsvindt, rapporteren mensen meestal huid‑niveau sensaties zoals druk of vibratie. Dit komt omdat de aandacht van de deelnemers op hun lichaam gericht is.

Daarentegen richten deelnemers bij actieve verkenning zich waarschijnlijk op de externe wereld. Daarom interpreteren ze dezelfde perceptie als object‑gerichte sensaties zoals ruwheid. Dit zou kunnen verklaren waarom de nieuwste studie‑deelnemers spontaan meer object‑gerichte sensatie‑beschrijvingen rapporteerden.

Dit vermogen van deelnemers om de stimulatiepresentatie te controleren door een object op de tablet “aan te raken” hielp een meer realistische experimentele context te creëren. Hier waren de ervaren sensaties niet het resultaat van door de onderzoeker gedreven stimulatie zonder een betekenisvolle context, maar eerder gerichte verkennende bewegingen.

Wetenschappers gaven BCI‑gebruikers in feite controle over de details van de elektrische stimulatie die tastzintuiglijke sensaties creëert, in plaats van die beslissingen zelf te nemen, waardoor ze een gevoel van aanraking konden reconstrueren dat voor hen intuïtief aanvoelde. Volgens hoofdauteur Ceci Verbaarschot, voormalig postdoc‑medewerker bij Pitt Rehab Neural Engineering Labs en momenteel assistent‑professor neurologische chirurgie en biomedische techniek aan de University of Texas‑Southwestern:

“Aanraking is een belangrijk onderdeel van non‑verbale sociale communicatie; het is een sensatie die persoonlijk is en veel betekenis draagt.”

Ze voegde toe:

“Het ontwerpen van hun eigen sensaties stelt BCI‑gebruikers in staat interacties met objecten realistischer en betekenisvoller te laten aanvoelen, wat ons dichter bij het creëren van een neuro‑prothese brengt die prettig en intuïtief in gebruik is.”

Sensorische realiteit reconstrueren vanuit alleen neurale input

Tijdens de studie, terwijl ze op zoek waren naar de perfecte aanraking, vroegen wetenschappers BCI‑deelnemers eerst een combinatie van stimulatie‑parameters te vinden die aanvoelde als het aanraken van toast, handdoek, sleutel, appel of kat.

Gedurende die tijd verkenden de gebruikers het digitaal gepresenteerde object. Studie‑deelnemers beschreven objecten in levendige termen, wat subjectief was. Bijvoorbeeld, één deelnemer beschreef de kat als zijdezacht en glad, terwijl de andere het beschreef als tikkend en warm. Vervolgens werden de afbeeldingen weggelaten en moesten ze, uitsluitend met hun stimulatie, de objecten herkennen.

Om de “aanraak” ervaring voor BCI‑gebruikers te simuleren, stimuleerde de studie drie elektroden opeenvolgend. Elk van deze elektroden, die werden geactiveerd door contact met verschillende regio’s van het object, wekte een sensatie op in een aangrenzend gebied van de hand.

Deelnemers konden één van de vijf objecten zonder visuele aanwijzingen in 35 % van de gevallen correct identificeren, wat aanzienlijk boven kansniveau ligt maar nog aanzienlijke verbetering behoeft. Echter, verwarring tussen twee sensaties nam toe voor objecten die meer tactiele kenmerken deelden.

“We hebben deze studie ontworpen om naar de maan te schieten en hebben hem in een baan gebracht. Deelnemers hadden een zeer moeilijke taak om objecten alleen op basis van tastzin te onderscheiden, en ze waren daarin behoorlijk succesvol.”

– Senior studie‑auteur Robert Gaunt, Ph.D., die associate professor is in physical medicine and rehabilitation aan Pitt

Gaunt wees erop dat zelfs de fouten “voorspelbaar” waren, aangezien het moeilijker is een handdoek en een kat te onderscheiden, beide zacht, terwijl verwarring minder waarschijnlijk was tussen een kat en een sleutel.

Al met al vond de studie het veelbelovend dat deelnemers in staat waren verschillende object‑sensaties te creëren, zelfs in de uitdagende omgeving van een grote parameter‑ruimte.

De studie concludeerde dat microstimulatie in de somatosensorische cortex intuïtieve percepten kan stimuleren met diverse tastbare eigenschappen. Complexere stimuli “ontgrendelen een grotere perceptuele ruimte die mensen in staat kan stellen kunstmatig waargenomen objecten met grotere precisie en intuïtie te onderscheiden,” aldus de auteurs.

Dit is een belangrijke stap richting het creëren van een kunstmatig ledemaat dat naadloos integreert met de unieke sensorische wereld van een individu.

Een groeiende focus op het verfijnen van kunstmatige aanraking in BCI’s

In de wereld van BCI is er momenteel een groeiende focus op het intuïtiever maken van aanraking. Alleen dit jaar hebben verschillende onderzoekers vooruitgang geboekt met robotische prothetische armen en BCI’s om motorische controle en een gevoel van aanraking te herstellen.

Neuro‑wetenschapper Greenspon en zijn team hebben de huidige beperkingen bij het creëren van natuurlijke aanraking sensaties in kunstmatige ledematen aangepakt door ervoor te zorgen dat elektrisch gestimuleerde aanraking sensaties precies gelokaliseerd, stabiel en sterk genoeg zijn voor dagelijks gebruik.

Hiervoor leverden ze korte pulsen aan individuele elektroden in de aanraking‑centra. Vervolgens rapporteerden de deelnemers de locatie en sterkte van elke sensatie die ze voelden, wat hielp een uitgebreide kaart van hersengebieden voor specifieke lichaamsdelen te maken.

De tests toonden aan dat het gelijktijdig stimuleren van twee dicht bij elkaar liggende elektroden de deelnemers een sterkere, duidelijkere aanraking liet voelen.

Het complementaire artikel werkte aan het intuïtiever en meeslepender maken van kunstmatige aanraking door clusters van elektroden met overlappende sensorische locaties te plaatsen. Dit genereerde gevoelens die deelnemers beschreven als een tedere glijdende aanraking, hoewel de stimulus in kleine, discrete stappen werd geleverd.

Het sequentieel activeren van de elektroden verbeterde ook het vermogen van deelnemers om ingewikkelde tastbare vormen te onderscheiden en te reageren op veranderingen in de aangeraakte objecten, waardoor bionische feedback dichter bij de complexe en precieze mogelijkheden van natuurlijke aanraking komt.

“We hebben tactiele sensaties overgebracht die gerelateerd zijn aan oriëntatie, kromming, beweging en 3D‑vormen voor een deelnemer die een hersen‑gecontroleerde bionische ledemaat gebruikte. We bevinden ons nu op een ander niveau van kunstmatige aanraking. We denken dat deze rijkdom cruciaal is om het niveau van behendigheid, manipulatie en een hoogdimensionale tastervaring te bereiken die typerend is voor de menselijke hand.”

– Hoofd‑studie‑auteur Giacomo Valle, assistent‑professor aan de Chalmers University of Technology.

Ondertussen hebben wetenschappers van het Max Planck Institute for Intelligent Systems draagbare apparaten uitgevonden die expressieve tactiele sensaties kunnen leveren, zoals een kalmerende aanraking, druk op de huid en trillingen over een breed frequentiebereik, wat verder gaat dan de mogelijkheden van huidige apparaten.

Om haptische sensaties uit te breiden, ontwikkelden ze elektrisch aangedreven cutane elektro‑hydraulische (CUTE) wearables die kunnen worden aangepast om meerdere soorten aanrakingen te leveren door de spanning in de tijd te wijzigen.

“Onze CUTE‑apparaten demonstreren de haalbaarheid van het creëren van lichtgewicht draagbare systemen die aangename en expressieve tactiele communicatie bieden. Toekomstige ontwikkelingen zouden deze technologie kunnen toepassen op grotere lichaamsdelen, complexere sensaties produceren, en zelfs de menselijke perceptie van haptische signalen bestuderen die voorheen moeilijk te creëren waren.”

– Eerste auteur Natalia Sanchez, een Ph.D.-student aan MPI‑IS

Investeren in de Brain-Computer Interface-sector

De meeste bedrijven die werken aan hersen‑computerinterfaces zijn nog steeds privé, waardoor het voor gewone beleggers moeilijk is om blootstelling te krijgen. ClearPoint Neuro is een van de weinige publieke uitzonderingen. Het bouwt zelf geen BCI’s, maar haar MRI‑geleide chirurgische instrumenten worden al in ziekenhuizen gebruikt om neurale apparaten te implanteren. Dat maakt het een speler achter de schermen die het veld vooruit helpt — en een zeldzame kans om in deze sector te investeren via de openbare markt.

ClearPoint Neuro Inc. (CLPT )

ClearPoint Neuro, een bedrijf dat gen‑therapie mogelijk maakt, is gespecialiseerd in precieze navigatie naar de hersenen en de wervelkolom. Door platforms te bieden die de nauwkeurige plaatsing van apparaten in de hersenen faciliteren, speelt haar technologie een belangrijke rol in de ontwikkeling en implementatie van BCI‑systemen en bevordert ze hun toepassingen.

Met meer dan 50 partners in BioPharma en meer dan 75 neurochirurgische centra wereldwijd, is ClearPoint goed gepositioneerd om te groeien in deze opkomende industrie.

Met een marktkapitalisatie van $387 miljoen, worden de aandelen van het bedrijf momenteel verhandeld tegen $13,86, een daling van 9,75 % tot nu toe dit jaar. De EPS (TTM) is -0,70 en de P/E (TTM) is -19,68, terwijl er geen dividend aan aandeelhouders wordt uitgekeerd.

Wat de bedrijfsfinanciën betreft, rapporteerde ClearPoint een omzet van $31,4 miljoen voor het jaar 2024. Met een stijging van 31 % ten opzichte van het voorgaande jaar, kende het bedrijf haar tiende opeenvolgende groeijaar. In deze periode behaalde het ook een brutomarge van 61 % op de omzet, een stijging van 4 % ten opzichte van het voorgaande jaar.

Dit was de “sterkste financiële en strategische prestatie,” aldus CEO Joe Burnett, die toevoegde: “Heel belangrijk is dat we het gevoel hebben dat we de volgende fase van ClearPoint als bedrijf zijn binnengegaan, een fase die we ‘Fast. Forward.’ noemen.”

Na een vroege aflossing van een converteerbare obligatie van $10 miljoen had het bedrijf aan het einde van het jaar geen uitstaande schulden. Het cash‑verbruik in deze periode bedroeg $9 miljoen, 35 % minder dan wat ClearPoint in 2023 had uitgegeven. Per 31 dec 2024 beschikte het bedrijf over $20,1 miljoen aan liquide middelen en kasequivalenten.

Onlangs heeft het bedrijf bij de FDA een aanvraag ingediend om het gebruik van haar ClearPoint Prism Neuro Laser Therapy System voor MRI uit te breiden. Deze stap kan potentieel de momenteel ontoegankelijke Amerikaanse Interstitial Thermal Therapy (LITT)‑markt voor het bedrijf openen.

Laatste nieuws over Clearpoint Neuro Inc.

Conclusie

Met hun vermogen om onze intentie om te bewegen of iets in onze omgeving te controleren direct uit hersenactiviteit af te leiden, tonen hersen‑computerinterfaces (BCI) een enorm potentieel om te revolutioneren hoe mensen, met name die met een beperking, met technologie en de wereld om hen heen interageren. BCI’s stellen gebruikers in staat apparaten te besturen met alleen hun gedachten.

De studie van Pitt Med, die gebruikers in staat stelt hun eigen tastomgevingen te creëren, markeert een belangrijke verschuiving van het simpelweg herstellen van functie naar het herstellen van ervaring. Het laat zien dat protheses meer kunnen zijn dan alleen hulpmiddelen; ze kunnen daadwerkelijk extensies van het zelf worden.

Dit is echter nog maar het begin, met aanzienlijke ruimte voor verbetering. Naarmate BCI‑systemen evolueren, zal de grens tussen kunstmatige en biologische sensatie blijven vervagen, en daarmee geavanceerde mogelijkheden die onze perceptie, interactie en zelfs ons begrip van bewustzijn zullen hervormen.

Klik hier voor een lijst van de beste brain‑computer interface bedrijven.

Gerefereerde studies:

1. Verbaarschot, C., Karapetyan, V., Greenspon, C. M., Cramer, A., van der Kouwe, A., Wendelken, S., … & Andersen, R. A. (2025). Het overbrengen van tastbare objecteigenschappen via aangepaste intracorticale microstimulatie van de menselijke somatosensorische cortex. Nature Communications, 16, 4017. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58616-6