Patienter med obotliga tillstånd, såsom synförlust eller förlust av motorisk funktion, kan vara ett steg närmare en fungerande teknik för att återfå sina förlorade sinnen – och dessutom inom en kortare tidsram än tidigare väntat. Anledningen är upptäckten att den avancerade hjärngränssnittsteknik som används för både syn- och känselproteser i själva verket är nästan identisk, trots att de två forskningsfälten har utvecklats helt separat i över 50 år.
Denna upptäckt presenteras för första gången i en omfattande översiktsartikel publicerad i Nature Reviews Bioengineering, ledd av Giacomo Valle, biträdande professor vid Chalmers tekniska högskola.
Trots att de utvecklats oberoende av varandra, bygger både syn- och känselproteser på hjärn-datorgränssnitt (Brain-Computer Interfaces, BCI) – en snabbt växande teknik som används för att återställa förlorade sinnen. För syn används visuella kortikala proteser (Visual Cortical Prostheses, VCP), medan somatosensoriska kortikala proteser (Somatosensory Cortical Prostheses, SCP) används för att återställa känsel.
BCI-tekniken fungerar genom att mikroelektroder opereras in direkt i hjärnan och möjliggör kommunikation mellan hjärnan och externa enheter, exempelvis en kamera eller en bionisk hand. Tekniken kan kringgå skadade nervbanor genom att stimulera specifika områden i hjärnan och därigenom återskapa naturliga sinnesintryck.
– Den här tekniken innebär ett verkligt framsteg för patienter med tillstånd som tidigare varit omöjliga att behandla, både inom synförlust och förlust av motorisk funktion, till exempel vid förlamning. Den kan ge människor möjlighet att styra rörelser, kommunicera eller återfå känsel och syn på ett sätt som tidigare inte varit möjligt, säger Giacomo Valle.
En teknik – två olika sinnen
Syn och känsel bygger på liknande neurala och beräkningsmässiga principer. Både ögat och huden samlar in komplex information från omvärlden och omvandlar den till elektriska signaler som hjärnan kan tolka. Därför har forskningen inom båda områdena utvecklat liknande tekniska lösningar för att artificiellt återskapa dessa sinnen – med den enda skillnaden att hjärngränssnitten placeras i olika delar av hjärnan.
Trots detta har de två forskningsfälten hittills haft mycket lite kontakt med varandra.
– Vanligtvis arbetar forskare antingen med artificiell känsel eller artificiell syn. De går på olika konferenser och behandlar helt olika patientgrupper inom olika delar av sjukvården. Utvecklingen har skett parallellt för båda sinnena, men vi har aldrig betraktat detta som en gemensam utmaning förrän nu, säger Giacomo Valle.
Inspirationen bakom översiktsartikeln
Översiktsartikeln Restoring vision and touch with cortical microstimulation jämför för första gången syn- och känselproteser sida vid sida och visar hur de två forskningsområdena kan dra nytta av varandras erfarenheter.
Artikeln behandlar bland annat hur elektrisk stimulering av hjärnbarken fungerar, vilka typer av elektroder som används, hur artificiella syn- och känselupplevelser skapas, resultaten från hittills genomförda kliniska studier samt vilka tekniska och kliniska hinder som fortfarande återstår.
– Idén att förena de två forskningsfälten växte fram under arbetet med vår senaste studie. Vi ville gå längre än att bara återställa en enkel känsel och började undersöka hur man kan återskapa mer komplexa upplevelser, som att känna en kant eller rörelse över huden. Då upptäckte jag att forskarna inom artificiell syn arbetade med exakt samma utmaning – att skapa mer komplexa synintryck, säger Giacomo Valle.
Han påpekar att synförlust och förlamning historiskt har betraktats som två helt skilda forskningsområden med olika utmaningar och lösningar. Men den snabba teknikutvecklingen har gjort att de nu möts.
– Förhoppningsvis öppnar vår artikel dörren för ett givande samarbete mellan de två forskningsfälten och för oss närmare en gemensam teknik för både artificiell syn och känsel, till nytta för båda patientgrupperna. Min vision är att det i framtiden ska finnas en avdelning på sjukhuset dit patienter kan komma för att få sina sinnen återställda, där vår gemensamma teknik är lättillgänglig för alla, säger Giacomo Valle.
Om den vetenskapliga översikten
Översiktsartikeln ‘Restoring vision and touch with cortical microstimulation’ har publicerats i Nature Reviews Bioengineering.
Författarna är Giacomo Valle, Denise Oswalt, Robert A. Gaunt, Pieter Roelfsema, Charles M. Greenspon och Eduardo Fernandez. Vid tiden för arbetet var forskarna verksamma vid Chalmers tekniska högskola, University of Pennsylvania, University of Pittsburgh, Netherlands Institute for Neuroscience, Vrije Universiteit Amsterdam, Academic Medical Centre Amsterdam, Sorbonne Université/Institut de la Vision i Paris, University of Chicago, Universidad Miguel Hernández i Elche, John Moran Eye Center vid University of Utah samt Radboud University i Nijmegen.
Tidigare studier och relaterade projekt
Vetenskaplig artikel i Science som inspirerade översikten: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq5978
Pågående klinisk studie om synproteser: https://clinicaltrials.gov/study/NCT02983370
Pågående klinisk studie om känselproteser: https://clinicaltrials.gov/study/NCT01894802
Konsortiet Cortical Bionics, där Chalmers medverkar: https://www.corticalbionics.com/
Svensk översiktsartikel om ett BCI-nav i Göteborg: https://lakartidningen.se/vetenskap/implanterade-hjarn-datorgranssnitt-mojligheter-och-etiska-utmaningar/
För mer information, kontakta:
- Biträdande universitetslektor, Signalbehandling och medicinsk teknik, Elektroteknik