Fremtiden for berøring: Forbedring av kunstige sanser for BCI‑brukere

Raske teknologiske fremskritt gjør stadig linjen mellom mennesker og maskiner mindre tydelig. I frontlinjen av denne utviklingen står et hjerne‑datamaskin‑grensesnitt (BCI), som skaper en direkte kommunikasjonskobling mellom hjernens elektriske aktivitet og en ekstern utgang.

Ved å legge til rette for kommunikasjon mellom hjernen og datamaskinen, hjelper BCI med å gjenopprette evnene til fysisk utfordrede personer. Det konverterer aktivitet i hjernen vår til signaler som kan erstatte eller forbedre kroppsfunksjoner, som muskelbevegelser, vanligvis kontrollert av hjernen. På denne måten viser BCI et enormt potensial for å forbedre folks livskvalitet. 

BCI har vært under utvikling i omtrent et halvt århundre, og har de siste årene opplevd enorm fremgang, med forskere som nå demonstrerer teknologiens evne til effektivt å gjenopprette funksjoner hos personer med funksjonsnedsettelser, som lammelse, motoriske svekkelser, talevansker og de med symptomer på schizofreni.

Studier har også vist at bruk av BCI hjelper funksjonshemmede å oppleve den tapte berøringsfølelsen. Slike taktile følelser er imidlertid fortsatt ufullkomne og likner på hverandre mellom objekter med ulike teksturer eller temperaturer. Nå ser forskere etter å skape en intuitiv følelse av berøring.

Berøring er en integrert del av livene våre, og hjelper oss ikke bare med å knytte kontakt med andre, men også med å plukke opp gjenstander og gå. Ifølge Charles Greenspon, en nevrovitenskapsmann ved University of Chicago:

«De fleste innser ikke hvor ofte de er avhengige av berøring i stedet for syn. Hvis du ikke kan føle, må du konstant se på hånden mens du gjør noe, og du risikerer fortsatt å søle, knuse eller miste gjenstander.»

For å gjenopprette følelse i protesarmer, bruker forskere små elektrode‑arrayer plassert i hjerneområdene som er ansvarlige for den spesifikke funksjonen. 

Dette gjør det mulig for deltakerne å bevege lemmer ved hjelp av en robotarm ved bare å tenke på bevegelsen, mens sensorer på armen utløser elektriske pulser i de delene av hjernen som er dedikert til berøring. Selv om forskerne kunne fremkalle følelser av berøring, var disse ganske svake og vanskelige å lokalisere nøyaktig hvor kontakten faktisk skjedde.

Men nå har helt ny forskning gjort at BCI‑brukere designer unike taktile opplevelser for ulike objekter som vises på en skjerm, og deretter, kun ved hjelp av følelsen, gjetter objektet med en viss nøyaktighet.

Utfordringen med å integrere sensorisk tilbakemelding i proteser

Forskere fra University of Pittsburgh School of Medicine har oppnådd et gjennombrudd som bringer dem nærmere utviklingen av et BCI som gjør det mulig for personer med tetraplegi¹, også kjent som kvadriplegi, å gjenopprette den tapte berøringsfølelsen.

Tetraplegi er når noen mister bevegelse i både armer og ben, og ofte også overkroppen, vanligvis på grunn av en skade på den cervikale ryggmargen, slag eller annen nevrologisk skade.

Skaden forstyrrer signalene som gjør at hjernen kan motta og behandle sensorisk informasjon som berøring, noe som resulterer i at pasienten mister følelsen i de berørte lemmer.

Mens proteser gir et kunstig lem som erstatter den tapte funksjonen, kan dette kun oppnås dersom de også gir en følelse av berøring, på samme måte som et ekte lem. Tradisjonelle kunstige lemmer fokuserte hovedsakelig på å gjenopprette bevegelse, men teknologiske fremskritt har gjort det mulig å ha en følelse av berøring ved bruk av sensorer og elektrisk stimulering.

For å fullt ut gjenopprette den tapte funksjonen til lemmer, må enheten integreres sømløst med en persons eksisterende sensorimotoriske system, som knytter menneskelig persepsjon og handling.

For å oppnå dette er taktil tilbakemelding av avgjørende betydning. Denne formen for sensorisk interaksjon med enheter handler om fysiske berøringsopplevelser.

En lovende måte å gi denne typen tilbakemelding på er gjennom intracortical microstimulation (ICMS) av den somatosensoriske cortex, som kan fremkalle lokalisert følelse på en persons lammede lem. Ved å levere taktil informasjon direkte til hjernen, er ICMS et attraktivt alternativ for personer med høyt nivå av amputasjon eller ryggmargsskade.

Imidlertid er det ikke enkelt å oppnå dette; det er svært vanskelig på grunn av vår begrensede forståelse av den nevrale behandlingen av berøring. Maskinvarebegrensninger begrenser også evnen til å replikere nevrale responser naturlig. I tillegg er stimulasjonsparameterrommet komplekst, og rapporter om hvor ekte den kunstige opplevelsen med følelse var, er utsatt for bias og vanskelige å tolke.

Selv om posisjonen og styrken på berøringen som fremkalles gjennom mikrostimulering av den somatosensoriske cortex kan formidles pålitelig, er det utfordringer med å utvikle mer intrikate naturlige følelser, som innebærer utilstrekkelige teknikker for effektivt å skanne et bredt stimulirom og problemer med å analysere den perseptuelle kvaliteten.

De fleste studier som har utforsket psyko‑fysikken til ICMS har manipulert én stimulasjonsparameter om gangen. De fleste av studiene har blitt utført på ikke‑menneskelige primater som ikke kan verbalisere sine opplevde følelser.

Det er rett og slett behov for mer effektive metoder for å utforske kvaliteten på følelser fremkalt gjennom ICMS.

Så, i den siste studien, et samarbeid mellom Pitt og University of Chicago, har forskere presentert et grensesnitt som adresserer utfordringene med å skape komplekse naturalistiske følelser.

Studien bemerket at, med tanke på at folk til slutt forventes å bruke lukkede‑sløyfe‑BCI i dagliglivet, er det viktig å undersøke den funksjonelle bruken og opplevelsen av ICMS‑fremkallte følelser.

Imidlertid er utvalget av deltakere tilgjengelig i slik forskning begrenset. Bare omtrent syv personer med bidireksjonale intracortikale implantater i deres somatosensoriske og motoriske cortex er tilgjengelige, og studien inkluderte tre av dem.

Empowering BCI Users to Define Their Sensory Experience

Grensesnittet som forskerne har laget, har blitt brukt av tre mannlige personer med tetraplegi til å designe sine følelser for ulike virtuelle objekter.

Kunstige taktile følelser ble designet for å representere interaksjoner med en katt, et eple, en nøkkel, et håndkle og en skive ristet brød. Disse objektene ble valgt for sitt spekter av taktile dimensjoner, inkludert gjenkjennelighet, behagelighet, temperatur, mikro‑ og makro‑tekstur, fuktighet, friksjon og ettergivelighet.

Deltakerne brukte den gjenværende funksjonen i venstre hånd til å interagere med nettbrett‑grensesnittet som genererte «berørings»‑følelser på håndflaten.

Mens de utforsket objektene gjennom sin kunstige berøring, beskrev deltakerne den kjølige rundheten av et eple, den glatte, stive overflaten av en dørnøkkel, og den varme pelsen til en katt. Dette er helt annerledes enn tidligere eksperimenter, hvor kunstig berøring ofte føltes som prikking eller summing, som ikke engang varierte fra ett objekt til et annet.

Det som skilte dette eksperimentet fra tidligere forskning, var at deltakerne hadde kontroll over sin egen stimulering og kunne aktivt utforske et objekt som ble presentert visuelt.

Ved passiv stimulering, hvor det ikke er noen syn og utforskning, rapporterer folk vanligvis hud‑nivå følelser som trykk eller vibrasjon. Dette skyldes at deltakernes oppmerksomhet er fokusert på kroppen.

I kontrast er deltakere i aktiv utforskning sannsynligvis fokusert på den ytre verden. Derfor tolker de samme perseptet som objekt‑orienterte følelser som ruhet. Dette kan være grunnen til at de nyeste studie­deltakerne spontant rapporterte flere objekt‑orienterte følelser.

Denne evnen til deltakerne til å kontrollere stimuleringens presentasjon ved å «berøre» et objekt som vises på nettbrettet bidro til å skape en mer realistisk eksperimentell kontekst. Her var de opplevde følelser ikke resultatet av eksperimentleder‑drevet stimulering uten meningsfull kontekst, men snarere målrettede utforskende bevegelser.

Forskere ga i hovedsak BCI‑brukere kontroll over detaljene i den elektriske stimuleringen som skaper taktile følelser, i stedet for å ta disse beslutningene selv, noe som gjør at de kan gjenskape en følelse av berøring som føles intuitiv for dem. Ifølge hovedforfatter Ceci Verbaarschot, en tidligere postdoktor ved Pitt Rehab Neural Engineering Labs og nå assistentprofessor i nevrokirurgi og biomedisinsk ingeniørfag ved University of Texas‑Southwestern:

«Berøring er en viktig del av ikke‑verbal sosial kommunikasjon; det er en følelse som er personlig og som bærer mye mening.»

She added:

«Å designe sine egne følelser gjør at BCI‑brukere kan få interaksjoner med objekter til å føles mer realistiske og meningsfulle, noe som bringer oss nærmere å skape et neuroprotetisk som føles behagelig og intuitivt å bruke.»

Reconstructing Sensory Reality from Neural Input Alone

Under studien, mens de lette etter den perfekte berøringen, ba forskerne BCI‑deltakerne først finne en kombinasjon av stimulasjonsparametere som føltes som å berøre en skive ristet brød, et håndkle, en nøkkel, et eple eller en katt.

Hele tiden utforsket brukerne det digitalt presenterte objektet. Studie‑deltakerne beskrev objektene i levende termer, noe som var subjektivt. For eksempel beskrev en deltaker katten som silkeaktig og glatt, mens den andre beskrev den som klikkende og varm. Deretter ble bildene fjernet, og kun ved hjelp av deres stimulering måtte de gjenkjenne objektene.

For å simulere «berørings»‑opplevelsen for BCI‑brukere, stimulerte studien tre elektroder sekvensielt. Hver av disse elektrodene, som ble aktivert av kontakt med ulike regioner av objektet, fremkalte en følelse i et tilstøtende område av hånden.

Deltakerne klarte å identifisere ett av fem objekter uten noen visuelle ledetråder 35 % av tiden, noe som er betydelig over sjansen, men som fortsatt krever betydelig forbedring. Imidlertid økte forvirringen mellom to følelser for objekter som delte flere taktile egenskaper.

«Vi designet denne studien for å sikte mot månen og fikk den i bane. Deltakerne hadde en svært vanskelig oppgave med å skille mellom objekter kun ved taktil følelse, og de var ganske vellykkede med det.»

– Seniorstudieforfatter Robert Gaunt, Ph.D., som er førsteamanuensis i fysisk medisin og rehabilitering ved Pitt

Gaunt påpekte at selv feilene var «forutsigbare», siden det er vanskeligere å skille et håndkle fra en katt, begge er myke, mens forvirring var mindre sannsynlig mellom en katt og en nøkkel.

Alt i alt fant studien det lovende at deltakerne klarte å skape distinkte objekt‑følelser selv i det utfordrende miljøet med et stort parameterrom.

Den konkluderte med at mikrostimulering i den somatosensoriske cortex kan stimulere intuitive perseptiver med ulike taktile egenskaper. Mer komplekse stimuli «låser opp et større perseptuelt rom som kan tillate folk å skille kunstig oppfattede objekter med økt presisjon og intuisjon», stod det.

Dette er et viktig steg mot å skape et kunstig lem som sømløst blander seg med en individs unike sensoriske verden.

A Growing Focus on Refining Artificial Touch in BCIs

I BCI‑verdenen er det for tiden et økende fokus på å gjøre berøring mer intuitiv. Bare i år har flere forskere gjort fremskritt på robotprotesarmer og BCI‑er for å gjenopprette motorisk kontroll og en følelse av berøring.

Nevrovitenskapsmann Greenspon og hans team adresserte de nåværende begrensningene ved å skape naturlige berøringsfølelser i kunstige lemmer ved å fokusere på å sikre at elektrisk stimulerte berøringsfølelser er presist lokalisert, stabile og sterke nok for daglig bruk.

For dette leverte de korte pulser til individuelle elektroder i berøringssenterne. Deretter rapporterte deltakerne lokasjonen og styrken på hver følelse de opplevde, noe som bidro til å lage et omfattende kart over hjerneområder for spesifikke kroppsdeler.

Testingen viste at stimulering av to tett plasserte elektroder sammen fikk deltakerne til å føle en sterkere, klarere berøring.

Den komplementære artikkelen arbeidet med å gjøre kunstig berøring mer intuitiv og oppslukende ved å plassere klynger av elektroder med overlappende sensoriske lokasjoner. Dette genererte følelser som deltakerne beskrev som en myk, gledende berøring, selv om stimulusen ble gitt i små, diskrete trinn.

Aktivering av elektrodene sekvensielt forbedret også deltakernes evne til å skille intrikate taktile former og reagere på endringer i de berørte objektene, og hjelper med å bringe bionisk tilbakemelding nærmere de komplekse og presise evnene til naturlig berøring.

«Vi formidlet taktile følelser relatert til orientering, krumning, bevegelse og 3D‑former for en deltaker som brukte et hjerne‑styrt bionisk lem. Vi er nå på et annet nivå av kunstig berøring. Vi tror denne rikdommen er avgjørende for å oppnå nivået av fingerferdighet, manipulering og en høydimensjonal taktil opplevelse som er typisk for den menneskelige hånden.»

– Hovedforfatter av studien Giacomo Valle, førsteamanuensis ved Chalmers University of Technology.

I mellomtiden har forskere ved Max Planck Institute for Intelligent Systems oppfunnet bærbare enheter som kan levere uttrykksfulle taktile følelser som en beroligende berøring, trykk på huden og vibrasjoner i brede frekvenser, og går utover dagens enheters muligheter.

For å utvide haptiske følelser utviklet de elektrisk drevne kutane elektrohydrauliske (CUTE) wearables som kan tilpasses for å levere flere typer berøringer ved å endre spenning over tid.

«Våre CUTE‑enheter demonstrerer muligheten for å lage lette bærbare systemer som gir behagelig og uttrykksfull taktil kommunikasjon. Fremtidige utviklinger kan se denne teknologien anvendt på større områder av kroppen, produsere mer komplekse følelser, og til og med studere menneskelig persepsjon av haptiske signaler som tidligere var vanskelige å skape.»

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

Investing in Brain Computer Interface Space

De fleste selskaper som arbeider med hjerne‑datamaskin‑grensesnitt er fortsatt private, noe som gjør det vanskelig for vanlige investorer å få eksponering. ClearPoint Neuro (CLPT ) er ett av de få offentlige unntakene. De bygger ikke BCI‑er selv, men deres MR‑styrte kirurgiske verktøy brukes allerede på sykehus for å implantere nevrale enheter. Dette gjør dem til en bak‑scenen‑spiller som hjelper til med å drive feltet fremover – og en sjelden mulighet til å investere i dette området via det offentlige markedet.

ClearPoint Neuro Inc.

ClearPoint Neuro, et selskap som muliggjør gen‑terapi, spesialiserer seg på presis navigasjon til hjernen og ryggmargen. Ved å tilby plattformer som letter presis plassering av enheter i hjernen, spiller teknologien deres en viktig rolle i utviklingen og implementeringen av BCI‑systemer og fremmer deres anvendelser.

Med over 50 partnere innen BioPharma og mer enn 75 nevrokirurgiske sentre globalt, er ClearPoint godt posisjonert for å vokse i denne fremvoksende industrien.

Med en markedsverdi på 387 millioner dollar, handles selskapets aksjer for tiden til $13,86, ned 9,75 % så langt i år. Dens EPS (TTM) er -0,70 og P/E (TTM) er -19,68, mens ingen utbytte tilbys aksjonærene.

Når det gjelder selskapets økonomi, rapporterte ClearPoint en inntekt på 31,4 millioner dollar for året 2024. Med en økning på 31 % fra året før, hadde selskapet sitt tiende påfølgende år med vekst. I denne perioden oppnådde de også en bruttofortjeneste på 61 % på salget, en økning på 4 % fra året før.

Dette var den «sterkeste finansielle og strategiske ytelsen», sa administrerende direktør Joe Burnett, og la til: «Veldig viktig er at vi føler at vi har gått inn i neste fase av ClearPoint som selskap, en fase vi kaller ‘Fast. Forward.’»

Etter å ha gjort en tidlig tilbakebetaling på et konvertibelt lån på 10 millioner dollar, hadde selskapet ingen utestående gjeld ved årets slutt. Kontantforbruket i denne perioden var 9 millioner dollar, 35 % mindre enn det ClearPoint brukte i 2023. Per 31. desember 2024 hadde selskapet kontanter og kontantekvivalenter på 20,1 millioner dollar.

Nylig søkte selskapet hos FDA om å utvide bruken av deres ClearPoint Prism Neuro Laser Therapy System for MR. Dette trekket kan potensielt åpne det for tiden utilgjengelige amerikanske markedet for interstitielle termiske terapier (LITT).

Latest on Clearpoint Neuro Inc.

Conclusion

Med deres evne til å bestemme vår intensjon om å bevege eller kontrollere noe i omgivelsene direkte fra hjerneaktivitet, viser hjerne‑datamaskin‑grensesnitt (BCI) enormt potensial for å revolusjonere hvordan mennesker, spesielt de med funksjonsnedsettelser, interagerer med teknologi samt verden rundt oss. BCI‑er lar i hovedsak brukere kontrollere enheter kun ved hjelp av tanker.

Studien fra Pitt Med, som gjør det mulig for brukere å skape sine egne taktile miljøer, markerer et viktig skifte fra kun å gjenopprette funksjon til å gjenopprette opplevelse. Den viser at proteser kan være mer enn bare verktøy; de kan faktisk være forlengelser av selvet.

Dette er fortsatt begynnelsen, selv om det er betydelig rom for forbedring. Etter hvert som BCI‑systemer utvikler seg, vil skillet mellom kunstig og biologisk følelse fortsette å viskes ut, og med det vil avanserte evner som vil omforme hvordan vi oppfatter, interagerer og til og med definerer bevissthet.

Klikk her for en liste over de beste hjerne‑datamaskin‑grensesnitt‑selskapene.

Studies Referenced:

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