3.2.2 Hersenimplantaten

Hersenimplantaten zijn apparaten die in de hersenen worden aangebracht en hersendelen of -kernen in verbinding brengen met een ander apparaat buiten de hersenen.

Een voorbeeld hiervan is de Deep Brain Stimulation. Bij deze stimulatie maakt men gebruik van electroden die diep in de hersenen ingebracht worden. Deze electroden zijn verbonden met een pulsegenerator die onder het sleutelbeen wordt aangebracht. De stroomstootjes van de generator worden zo doorgegeven aan neuronale netwerken in de hersenen. De Deep Brain Simulation heeft zijn weg gevonden naar de kliniek. Inmiddels zijn met behulp van Deep Brain Stimulation in basale hersenkernen (subthalamus en globus pallidus) bij tienduizenden patiënt met Parkinson de tremor, de bradykinese en rigiditeit met succes bestreden, symptomen die anders worden behandeld met medicamenten [10: A.L. Benabid. Deep brain stimulation for Parkinson’s disease. Curr Opin Neurobiol, 2003, 13, 6, 696-706, https://doi.org/10.1016/j.conb.2003.11.001.]. Deze methode zou ook een effectieve therapie kunnen zijn bij epilepsie, chronische pijn, depressie, het syndroom van Gilles de la Tourette en obsessief-compulsieve aandoeningen.

Een bijzonder hersenimplantaat is de ‘brain chip’, de Brain Computer Interface (BCI) of Brain Machine Interface (BMI) genoemd: het is een chip die data verzamelt door het opvangen van impulsen uit zenuweinden van tenminste 30 neuronen. In deze data (in feite ‘de planning’) wordt een output-patroon van elektrische signalen herkend dat – als signaal – via een transmitter, aangebracht vlak onder de schedel, kan worden opgevangen en geëxternaliseerd. Vervolgens worden met dit ‘instructie-signaal’ externe apparaten, bijvoorbeeld rolstoelen, computers, robotten of neuroprothetische ledematen draadloos geactiveerd en bestuurd. De omgekeerde route (tactiele en visuele feedback) wordt ook onderzocht. In de toekomst wordt een fusie van beide verwacht. Het brein zou dan via feedback kunnen leren dat het artificiële apparaat deel is van het lichaam. In 2003 slaagden Amerikaanse wetenschappers erin een implantaat in de hersenen van een aap aan te brengen waarmee deze met zijn ‘gedachten’ een robotarm kon besturen [11: M.A. Lebedev, J.M. Carmena, J.E. O’Doherty, M. Zacksenhouse, C.S. Henriquez, J.C. Principe and M.A. Nicolelis. Cortical ensemble adaptation to represent velocity of an artificial actuator controlled by a brain-machine interface. J Neurosci, 2005, 25, 19, 4681-4693, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4088-04.2005.]. Eerst ‘leerde’ de chip de ontladingspatronen in de hersenen die optraden toen de aap de joystick bediende; vervolgens werd de joystick ontkoppeld en verrichtte de aap de handeling louter met zijn ‘gedachten’. In 2024 claimde Neuralink, een bedrijf van Elon Musk, een brainchip in de hersenen van een mens ingebracht te hebben. [12: M. Sparkes. Wat kunnen we met de hersenimplantaten van Elon Musk en zijn ze wel veilig? : NewScientist, 2024, 2024, 29-7-2024.] Ook al gaan de mediaberichten anno 2024 over herstel van uitgevallen lichaamsfuncties, is het niet duidelijk geworden wat Neuralink met deze implantaties uiteindelijk wil bereiken.

Brain chips stellen mensen met verlammingsverschijnselen als gevolg van een CVA in staat een cursor op een computerscherm te bewegen zodat zij zinnen kunnen aanwijzen en zo met anderen kunnen communiceren. De 25-jarige Matthew Nagle, die door een messteek in 2001 een dwarslaesie op cervicaal niveau had opgelopen, kreeg in 2004 in het New England Mount Sinai Hospital in Massachusetts een brain chip geïmplanteerd in zijn motorische cortex. De brain chip ‘leest’ zijn gedachten en geeft het desbetreffende signaal door aan een decoder, waardoor Matthew een cursor op computerscherm kan bewegen naar iconen en deze aanklikken. Zo kan hij de televisie aan- en uitzetten, van kanaal veranderen, zijn e-mail controleren via technologie en software die bij hem thuis zijn geïnstalleerd. Het uiteindelijk doel is dat hij met BCI’s ook de eigen spieren kan laten samentrekken. Op langere termijn wordt gedacht aan systemen waarmee de ademhaling, de blaas- en darmfunctie kunnen worden gecontroleerd [13: L.R. Hochberg, M.D. Serruya, G.M. Friehs, J.A. Mukand, M. Saleh, A.H. Caplan, A. Branner, D. Chen, R.D. Penn and J.P. Donoghue. Neuronal ensemble control of prosthetic devices by a human with tetraplegia. Nature, 2006, 442, 7099, 164-171, https://doi.org/10.1038/nature04970.] [14: J.P. Donoghue. Connecting cortex to machines: recent advances in brain interfaces. Nat Neurosci, 2002, 5 Suppl, 1085-1088, https://doi.org/10.1038/nn947.]. In 2009 is het gelukt om een patiënt met een Locked-in Syndroom als gevolg van een hersenstaminfarct, die alleen nog maar kon communiceren via het knipperen van zijn ogen, met behulp van een BCI, geplaatst in een aan de spraak gerelateerd deel van de motorische hersenschors, in staat te stellen zijn gedachten om te zetten in (rudimentaire) spraak. Hij kon daarbij directe controle uitoefenen op zijn sound-output door te denken over het maken van geluid met zijn mond [15: F.H. Guenther, J.S. Brumberg, E.J. Wright, A. Nieto-Castanon, J.A. Tourville, M. Panko, R. Law, S.A. Siebert, J.L. Bartels, D.S. Andreasen, P. Ehirim, H. Mao and P.R. Kennedy. A wireless brain-machine interface for real-time speech synthesis. PLoS One. 20091209 ed., 2009, 4, 12, e8218, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0008218.]. In 2016 slaagden onderzoekers uit Utrecht erin een patiënt met een locked-in syndroom bij amyotrofische lateraalsclerose (ALS) weer te laten communiceren door zijn arm te laten bewegen en hiermee een communicatieprogramma op een computer te bedienen. [16: M.J. Vansteensel, E.G.M. Pels, M.G. Bleichner, M.P. Branco, T. Denison, Z.V. Freudenburg, P. Gosselaar, S. Leinders, T.H. Ottens, M.A. Van Den Boom, P.C. Van Rijen, E.J. Aarnoutse and N.F. Ramsey. Fully Implanted Brain-Computer Interface in a Locked-In Patient with ALS. N Engl J Med. 20161112 ed., 2016, 375, 21, 2060-2066, https://doi.org/10.1056/NEJMoa1608085.]

De BCIs worden vaak over één kam geschoren met de neuroprosthetics (‘neuroprotheses’). Terwijl de BCI hersen- of zenuwweefsel verbindt met een computersysteem, verbinden neuroprosthetics zenuwweefsel met een apparaat/effector. Voorbeelden hiervan zijn het cochleair implantaat bij doven, dat geluidssignalen doorgeeft aan de gehoorzenuw, en het retina-implantaat, dat bij blinden beelden van een camera in de vorm van een bril vertaalt in elektronische informatie die aan de oogzenuw wordt doorgegeven. Is de oogzenuw niet intact, dan kan het implantaat ook in de visuele cortex worden aangebracht.

Een onderzoek loopt naar de ontwikkelingen van een neuroprothese in samenhang met gekweekt hersenweefsel waarmee de functie van de hippocampus, het gedeelte van de hersenen waar het lange termijngeheugen zetelt, bijvoorbeeld bij de ziekte van Alzheimer kan worden hersteld. Het gaat hier om een neural-silicon hybride chip die de structuur en functie van neuraal weefsel, in casu de hippocampus, nabootst. Deze chip stimuleert dus niet, maar vervangt daadwerkelijk neuraal weefsel. Dit stukje nanotechnologie (zie verder) wordt momenteel getest op ratten. Het project biedt uitzicht op mogelijkheden voor therapeutische interventies bij geheugenverlies als gevolg van een CVA, epilepsie en de ziekte Alzheimer [17: T.W. Berger, A. Ahuja, S.H. Courellis, S.A. Deadwyler, G. Erinjippurath, G.A. Gerhardt, G. Gholmieh, J.J. Granacki, R. Hampson, M.C. Hsaio, J. LaCoss, V.Z. Marmarelis, P. Nasiatka, V. Srinivasan, D. Song, A.R. Tanguay and J. Wills. Restoring lost cognitive function. IEEE Eng Med Biol Mag, 2005, 24, 5, 30-44, https://doi.org/10.1109/memb.2005.1511498.].

Tot nu toe gaat het bij mensen om therapeutische toepassingen van BCI’s. maar blijft het daarbij? Wat Delgado in 1969 voor ogen stond met zijn elektrodes, zou dat nu met BCI’s bereikbaar worden, namelijk de verbetering van hersenfuncties- en vermogens bij overigens gezonde mensen? Een BCI die de functie van de hippocampus – het gedeelte van hersenen dat een grote rol speelt bij de geheugenfunctie – imiteert of versterkt, zou bij soldaten ertoe kunnen bijdragen dat zij wat tijdens training geleerd is bijvoorbeeld over een specifiek gebied, beter kunnen onthouden. De Defense Advanced Projects Agency (afgekort als DARPA, het wetenschappelijk militair bureau van de Verenigde Staten) heeft enkele jaren gelden openlijk toegegeven het implanteren van brain chips bij soldaten te overwegen om hun cognitieve capaciteiten te vergroten. In 2002 gaf het Amerikaanse leger aan een onderzoeksteam van de Universiteit van California een bedrag van 4.000.000 dollar voor onderzoek naar synthetic telepathy: dit houdt in dat een niet-invasieve BCI het ontladingspatroon van neuronale netwerken in de hersenschors, opgewekt door een bepaalde gedachte, afleest en vervolgens op basis hiervan een signaal doorgeeft aan een computer-spraakherkenningssysteem dat het signaal decodeert. In 2014 claimde onderzoekers van de Universiteit van Washington dat het was gelukt om de hersenen van individuen met elkaar te laten communiceren via het internet. [18: University of Washington. Direct Brain Interface between Humans. ScienceDaily, 2014, 13 October 2023.] Zo zou het mogelijk zijn gedachten van de ene persoon op de andere of aan een systeem door te geven. De snelle uitwisseling van informatie via BCI direct naar de hersenen van militairen zou levensreddend kunnen zijn en de slagkracht van het legereenheden vergroten. BCI’s die snelle draadloze communicatie tussen computers, machines en de hersenen van een groep personen mogelijk maakt zou toepassing kunnen vinden in die sectoren van het zakenleven waar informatie een cruciale rol speelt, bijvoorbeeld bij optiemensen op de beurs. Het DCDC Global Strategic Trends Programme 2007-2036 (de DCDC is het Development, Concepts and Doctrine Centre van het Ministerie van Defensie van het Verenigd Koninkrijk) voorziet dat in de komende 30 jaar onder meer met behulp van BCI’s en de ontwikkeling van kunstmatige sensoren die met de menselijke geest in contact staan menselijke prestaties boven het huidige niveau zullen kunnen worden uitgetild. Het in kaart brengen van hersenfuncties en het nabootsen van echte intelligentie zou naar verwachting vóór 2035 mogelijk zijn [19: Britse Ministerie van Defensie. Developments, Concepts en Doctrine Centre van het Britse Ministerie van Defensie, The DCDC Global Strategic Trends Programme 2007-2036. 2007, 3e ed., 59-60.] [20: R. Norton-Taylor. Revolution, flashmobs, and brain chips. A grim vision of the future. The Guardian, 9-4-2007, 30-3-2010.].

Bij de verdere ontwikkeling van de BCI zal de nanotechnologie een zeer grote rol gaan spelen. De nanotechnologie betreft het ontwerpen, produceren en toepassen van structuren, apparaten en systemen door het beheersen/manipuleren van vorm en grootte van afzonderlijke atomen en moleculen. Het bijzondere van dit niveau is dat de eigenschappen van nanoproducten, zoals magnetische kenmerken, elektrische geleiding en biocompatibiliteit wezenlijk verschillen van dezelfde materialen bij grotere afmetingen. Op nanoniveau gelden namelijk de wetten van de kwantummechanica en niet die van de Newtonse mechanica. Vooral de verbetering van de biocompatibiliteit van implantaten en gekweekte weefsels door wijzigingen van de eigenschappen ervan op nano-niveau zal het mogelijk maken om de BCI beter in contact te brengen met specifieke neuronale netwerken. Dit kan bijvoorbeeld worden bewerkstelligd door het aanbrengen van een bioactieve coating op de oppervlakte van een hersenimplantaat.

Het bovenstaande is uiteraard toekomstmuziek, maar het valt te voorzien dat in de komende decennia op het gebied van de hersenimplantaten de ontwikkeling van therapie naar enhancement zal gaan. Dit betekent een vorm van ingrijpen in de menselijke natuur en geest die veel verder gaat dan tot nu toe gebruikelijk is. Het roept wel de vraag op of de menselijke geest (mind) zodanig worden veranderd kan worden dat een ander, niet meer menselijk wezen ontstaat? Maken we van de mens zo niet op den duur niet een cyborg? Met deze laatste term wordt een persoon bedoeld wiens vermogens boven de gebruikelijke menselijke beperkingen uitgaan door gebruikmaking van een machine of een externe instantie die het functioneren van het lichaam modificeert, ofwel door een systeem te creëren waarin de mens en een machine zijn geïntegreerd. Cyborgs zijn dus mensen – of wellicht waren mensen – die een directe en soms noodzakelijke relatie met een machine onderhouden, of zelfs een fysieke samensmelting tussen een mens en een machine hebben ontwikkeld. In zeer algemene zin valt wellicht ook iemand met een pacemaker of insulinepomp onder het begrip cyborg. Bij de toepassing van BCI’s ten behoeve van enhancement waardoor een directe interface tussen de hersenen en een computer mogelijk wordt, zou een volledige integratie van de mens en een machine denkbaar zijn: de hersenen sturen immers het gehele menselijk organisme aan via zenuwbanen en het endocriene systeem. Wordt wat we nu alleen nog zien in science fiction werkelijkheid in de nabije toekomst?

‘Velen voorspellen dat de 21e eeuw de eeuw wordt van de neurowetenschappen. De bekwaamheid van de mensheid om haar eigen hersenfunctie te veranderen zou wel eens de loop van de geschiedenis kunnen bepalen, op even krachtige wijze als de ontwikkeling van de metaalbewerking in het IJzeren Tijdperk, de mechanisering tijdens de Industriële Revolutie of de genetica in de tweede helft van de 20e eeuw’ [21: M.J. Farah, J. Illes, R. Cook-Deegan, H. Gardner, E. Kandel, P. King, E. Parens, B. Sahakian and P.R. Wolpe. Neurocognitive enhancement: what can we do and what should we do? Nat Rev Neurosci, 2004, 5, 5, 421-425, https://doi.org/10.1038/nrn1390.].

Als deze voorspelling gegrond is, dan is er alle reden om zich bezig te houden met de ethische vragen die de neurotechniek oproept. In ieder geval moeten we ons realiseren dat neuro-enhancement al op vrij grote schaal voorkomt, gelet op het hoge gebruik van ritalin door studenten in de Verenigde Staten, die niet aan ADHD lijden, om hun studieprestaties, geheugencapaciteit en concentratievermogen te versterken (zie Hoofdstuk IV.4.2.2.).