Het realiseren van een rechtstreekse verbinding

Het realiseren van een rechtstreekse verbinding tussen
hersenen en computer.
De Radboud Universiteit Nijmegen, de universiteiten van Maastricht en
Twente, TNO en een aantal bedrijven en patientengroeperingen bundelen in
BrainGain hun krachten; doel is om recente ontwikkelingen in analyse en
beïnvloeding van hersenactiviteit te gebruiken voor de verbetering van de
levenskwaliteit en prestatie van patiënten én gezonde personen.
Toegepaste neurowetenschap
Met een SmartMix subsidie die in 2007 werken meer dan 20 partners samen
aan toepassingen van neurowetenschappelijke resultaten. Het programma
bestaat uit vijf onderdelen:
1 Brain-Computer Interfaces voor patiënten: controle en communicatie
2 Brain-Computer Interfaces voor gezonde gebruikers
3 Invasieve methoden voor Brain-Computer Interfaces
4 Modulatie van afwijkende hersenactiviteit door neurostimulatie
5 Zelf-modulatie van hersenactiviteit door training en feedback
Door samenwerking van onderzoekers en medici met bedrijven en
patiëntenorganisaties ligt de nadruk op de toepasbaarheid en bruikbaarheid
van de onderzoeksresultaten.
Contact:
Wetenschappelijk coordinator:
Prof. Peter Desain, [email protected]
Zakelijk directeur:
Iddo Bante, [email protected]
Programmamanager:
Susanna Bicknell, [email protected]
Coordinator disseminatie:
Rebecca Schaefer, [email protected]
http://www. braingain.nl
Consortiumpartners:
ACADEMISCHE PARTNERS
Radboud University Nijmegen
• Donders Institute for Brain, Cognition and Behavior
• Institute for Computing and Information Sciences
• Max Planck Institute for Psycholinguistics
University of Twente
• Human Media Interaction
• Institute for Biomedical Technology
University of Maastricht
•
Cognitive Neuroscience
MEDISCHE PARTNERS
University Medical Center Nijmegen
•
Neurology/ Clinical Neurophysiology
•
Psychiatry
Universitair Medisch Centrum Utrecht
•
Neurosurgery
Universitair Ziekenhuis Maastricht
•
Neurosurgery
• Sint Maartenskliniek
TOEGEPASTE WETENSCHAP
• TNO Human Factors
VALORISATIE
• Dialogic
INDUSTRIE
• Philips
• Siemens
• Artinis
• TMSi
• QuoVadis
GEBRUIKERS VERTREGENWOORDIGING
• Parkinson Patiëntenvereniging
• ALS Stichting
• Epilepsie Vereniging
1: Brain-Computer Interfaces voor patiënten: controle en communicatie
Projectleider: Prof. Stan Gielen, Donders Centre for Neuroscience, Radboud
Universiteit Nijmegen
In Brain Computer Interfacing (BCI) wordt een rechtstreekse verbinding
tussen computer en hersenen gemaakt waarbij de gebruiker met gedachten
een computer aanstuurt, of de computer de hersenen stimuleert. De
technologie op dit gebied vordert zo snel, dat mogelijk over een aantal jaren
een patiënt, die niet meer kan bewegen of communiceren door een ziekte als
amyotrofe laterale sclerose (ALS), toch contact kan maken met zijn omgeving.
Dit zou kunnen door een mentale actie, zoals het voorstellen van een
beweging of de aandacht selectief te richten op een geluid. Fundamenteel
onderzoek in de neuro-cognitie maakt langzamerhand duidelijk welke
coderingen in de hersenen gebruikt worden bij communicatie en beweging en
hoe die codes gedetecteerd kunnen worden. Een aantal bedrijven die
hulpmiddelen voor gehandicapten maken gaat meewerken bij het bruikbaar
maken van deze technologie voor patiënten met ALS of b.v. dwarslaesies.
De werkpakketten richten zich op het direct aansturen van apparaten (bv een
rolstoel, WP 1.1) of een taal-interface (WP 1.2), of het direct detecteren van
intenties in woorden (WP 1.4). Ook het stimuleren van de eigen spieren kan
een output zijn (WP 1.5). Een nieuwe manier van hersenactiviteit meten met
infra-rood licht wordt bekeken als mogelijke kandidaat voor een BCI systeem
(WP 1.6), en vanuit de neurofysiologie wordt een oplossing gezocht voor de
hoog-dimensionele aard van de hersenmetingen met EEG.
Contact:
Projectleider: Prof. Stan Gielen, [email protected]
Perscontact Radboud Universiteit:
Iris Roggema, [email protected] , 024 361 1184
1: Brain-Computer Interfaces voor patiënten: controle en communicatie
Werkpakketten:
WP 1.1: Thought buttons and hands-free control
Coordinator: Jason Farquhar, Radboud Universiteit Nijmegen
Contact: [email protected]
WP 1.2: ‘Dream up a letter’ typing device
Coordinator: Jeroen Geuze, Radboud Universiteit Nijmegen
Contact: [email protected]
WP 1.4: ‘Tip-of-the-tongue’ speech prosthesis
Coordinator: Peter Hagoort, Radboud Universiteit Nijmegen
Contact: [email protected]
WP 1.5: Muscle stimulation as output of a BCI system
Coordinator: Jacques Duysens, St. Maartenskliniek Nijmegen
Contact: [email protected]
WP 1.6: NIRS-based BCI for the rehabilitation of gait
Coordinator: Jacques Duysens, St. Maartenskliniek Nijmegen
Contact: [email protected]
WP 1.7: Adapting BCI to the plasticity of neural encodings for highdimensional output
Coordinator: Bert Kappen, Radboud Universiteit Nijmegen
Contact: [email protected]
2: Brain-Computer Interfaces voor gezonde gebruikers
Projectleider: Prof. Anton Nijholt, Human Machine Interaction, Universiteit
Twente
De technologie die voor patiënten ontwikkeld wordt biedt ook verschillende
mogelijkheden buiten de kliniek: met dezelfde technologie is ook het
vergroten van de prestatie en gezondheid of kwaliteit van leven in het
algemeen te bereiken. De maatschappelijke kosten van stress zijn hoog en het
aanleren van ontspanning, concentratie en meditatie zijn mogelijk een hele
goede toepassing van BCI voor gezonde personen.
Maar ook zonder klachten zijn er mooie toepassingen mogelijk, die breed
uitgedragen kunnen worden in de maatschappij. Denk bijvoorbeeld aan het
besturen van een computerspel door middel van de gedachten. Of dat
informatie
alleen
op
een
beeldscherm
verschijnt
wanneer
uit
de
hersenactiviteit van de kijker blijkt dat hij/zij er ook echt visuele aandacht
voor heeft. Deze toepassing kan nuttig zijn bij bagagecontrole op een
vliegveld en voor luchtverkeersleiders.
De werkpakketten in dit project richten zich op deze toepassingen, waarbij de
visuele aandacht in real-time in kaart wordt gebracht (WP 2.1), en ook
gekeken wordt of je kan detecteren wat iemand ziet (WP 2.2). Op basis van
deze real-time informatie over de gebruiker kan ook de interface waar mee
gewerkt wordt aangepast (WP 2.3). De BCI kan ook gebruikt worden om op
afstand te navigeren in een virtuele omgeving (WP.2.4), wat ook in de context
van computerspellen een mooie uitput is (WP 2.5).
Contact:
Projectleider: Prof. Anton Nijholt, [email protected]
Perscontact Universiteit Twente:
Hinke Barry-Mulder: [email protected] , 053-4892807
2: Brain-Computer Interfaces voor gezonde gebruikers
Werkpakketten:
WP 2.1: Are you looking? Attention monitoring and adaptive interfaces
Coordinator: Ole Jensen, Radboud University Nijmegen
Contact: [email protected]
WP 2.2: What do you see? Classifying images
Coordinator: Jan van ERP, TNO Human Factors
Contact: [email protected]
WP 2.3: What do you experience? Multimodal measures of user experience
Coordinator: Dirk Heylen, Universiteit Twente
Contact: [email protected]
WP 2.4: Where do you want to go? Motion control for virtual or remote
worlds
Coordinator: Jan van Erp, TNO Human Factors
Contact: [email protected]
WP 2.5: Play with your brain: Employing BCI in game environments
Coordinator: Anton Nijholt, Universiteit Twente
Contact: [email protected]
3: Invasieve methoden voor Brain-Computer Interfaces
Projectleider: Prof. Nick Ramsey, Neurochirurgie UMC Utrecht
Terwijl er veel BCI systemen werken met non-invasieve methodes, bieden
invasieve methodes veel extra informatie die van belang is voor noninvasieve systemen, alsook opties om een directere BCI te construeren.
Ondanks de bijkomende complicaties van de chirurgische ingreep zijn de
mogelijkheden voor invasieve BCI systemen ook zeer groot.
De werkpakketten in dit project richten zich op het gebruik van invasieve
metingen om de analyses van EEG metingen die in Project 1 en 2 gebruikt
worden te valideren en te verbeteren (WP 3.1). Hiernaast wordt het gebruik
van electrocorticografie, waarbij hersensignalen direct op het oppervlak van
de cortex gemeten worden, verder onderzocht als methode voor BCI (WP 3.2).
Tenslotte wordt het neurofeedback-paradigma, uitegbreider onderzocht in
Project 5, met invasieve methoden uitgewerkt voor epilepsie met behulp van
diermodellen (WP 3.3).
Contact:
Projectleider: Prof. Nick Ramsey, [email protected]
Perscontact Universiteit Utrecht:
Roy Keeris, [email protected] , 030 253 2411
3: Invasieve methoden voor Brain-Computer Interfaces
Werkpakketten:
WP 3.1: Optimization and qualification of EEG recording
Coordinator: Pascal Fries, Radboud Universiteit Nijmegen
Contact: [email protected]
WP 3.2: Decoding the intracranial EEG
Coordinator: Eric Maris, Radboud Universiteit Nijmegen
Contact: [email protected]
WP 3.3: Controlling EEG by means of neurofeedback
Coordinator: Gilles van Luijtelaar, Radboud Universiteit Nijmegen
Contact: [email protected]
4: Modulatie van afwijkende hersenactiviteit door neurostimulatie
Projectleider: Prof. Dick Stegeman, Klinische Neurofysiologie UMC St.
Radboud, Nijmegen
Geimplanteerde elektrodes kunnen niet alleen de natuurlijke activiteit van de
hersenen
detecteren
maar
ook
rechtstreeks
zenuwcellen
prikkelen.
Spectaculaire resultaten om spierbevingen tenminste voor een aantal jaren te
verminderen zijn reeds behaald bij Parkinson-patiënten, terwijl het
mechanisme erachter nog niet goed begrepen wordt. Dit project buigt zich
over de fundamentele en toegepaste vragen van neurostimulatie, voor
Parkinson patiënten maar ook het onderdrukken van epileptische aanvallen
staat op de agenda.
De werkpakketten variëren van fundamentele diermodellen van modulatie
van hersenactiviteit (WP 4.1), en in kaart brengen van de reacties van neurale
netwerken op electrische stimulatie (WP 4.2), naar meer practische
toepassingen voor patiënten met de ziekte van Parkinson. Zo wordt de
stimulatie van diepe hersenstructuren bekeken (WP 4.3) maar ook meer
oppervlakkige corticale stimulatie (WP 4.4), en de directe effecten op de
controle van bewegingen bij neurostimulatie (WP 4.6).
Contact:
Projectleider: Prof. Dick Stegeman, [email protected]
Perscontact UMC St. Radboud:
Pieter Lomans, [email protected] , 024-3613288
4: Modulatie van afwijkende hersenactiviteit door neurostimulatie
Werkpakketten:
WP 4.1: Animal models for modulating brain activity
Coordinator: Gilles van Luijtelaar, Radboud Universiteit
Contact: [email protected]
WP 4.2: Neuronal network behaviour resulting from brain stimulation
Coordinator: Peter Veltink, UT Twente
Contact: [email protected]
WP 4.3: Targeting the brain with DBS in Parkinson’s Disease
Coordinator: Hubert Martens, Philips Medical Systems
Contact: [email protected]
WP 4.4: Targeting the brain with cortical stimulation in Parkinson’s Disease
Coordinator: Dick Stegeman, UMCN St. Radboud
Contact: [email protected]
WP 4.6: Neuro-stimulation effects on motor control in patients with
Parkinson’s disease in practice
Coordinator: Herman van der Kooij, UT Twente
Contact: [email protected]
5: Zelf-modulatie van hersenactiviteit door training en feedback
Projectleider: Prof. Jan Buitelaar, Psychiatrie UMC St. Radboud, Nijmegen
Het systeem van een BCI is ook in te zetten als er geen apparaat bestuurd
hoeft te worden. Door de gebruiker informatie te geven over de eigen
hersenactiviteit, kan hij/zij deze leren deze te beheersen. Dat biedt grote
kansen voor de behandeling van stoornissen waarbij bijvoorbeeld door een
overmaat aan activiteit van bepaalde hersencentra iemand stemmen in zijn
hoofd hoort of zonder oorzaak angstig is. De nare bijwerkingen van
medicijnen die ongewenste hersenactiviteit bedwingen kunnen daarmee
waarschijnlijk vermeden worden.
De neuro-feedback beweging claimt dat het aanleren van controle over
simpele karakteristieken van eigen hersensignalen een goede behandeling
van de meest uiteenlopende aandoeningen is. Het zou natuurlijk geweldig
zijn als maatschappelijk problemen, zoals het grote aantal kinderen met
ADHD, hiermee aangepakt kan worden. De onderzoekers wijzen echter wel
kritisch
naar
deze
onbewezen
claims.
In
samenwerking
met
patiëntenorganisaties zijn gedegen studies naar de werking en effectiviteit
van deze simpele systemen opgezet om de toepasbaarheid van neurofeedback te evalueren.
Specifieke aandacht is er voor het ontwikkelen van neuro-feedback met fMRI
(WP 5.1 en 5.5), en het evalueren van neuro-feedback met EEG voor ADHD
(WP 5.3 en 5.4) en revalidatie na een hersenbloeding (WP 5.6). Daarnaast is
met dezelfde technologie het vergroten van de prestatie en gezondheid of
kwaliteit van leven in het algemeen te bereiken. Met vergelijkbare technieken
wordt concentratie- en stressreductietraining bekeken (WP 5.7), en de
mogelijkheid om neuro-feedback in te zetten bij mindfullness-training, wat nu
voor verschillende psychiatrische aandoening een veelbelovende methode
blijkt (WP 5.2).
Contact:
Projectleider: Prof. Jan Buitelaar, [email protected]
Perscontact UMC St. Radboud:
Pieter Lomans, [email protected] , 024-3613288
5: Zelf-modulatie van hersenactiviteit door training en feedback
Werkpakketten:
WP 5.1: Optimization of fMRI neurofeedback techniques
Coordinator: Rainer Goebel, Universiteit Maastricht
Contact: [email protected]
WP 5.2: Identifying markers for EEG/fMRI: mindfulness and concentration
Coordinator: Henk Barendregt, Radboud Universiteit Nijmegen
Contact: [email protected]
WP 5.3: Identifying markers for EEG/fMRI: ADHD
Coordinator: Jan Buitelaar, UMCN St. Radboud
Contact: [email protected]
WP 5.4: Clinical applications I: EEG neurofeedback
Coordinator: Jan Buitelaar, UMCN St. Radboud
Contact: [email protected]
WP 5.5: Clinical applications II: fMRI neurofeedback for therapy
Coordinator: Rainer Goebel, Universiteit Maastricht
Contact: [email protected]
WP 5.6: Clinical applications III: stroke rehabilitation in the home
environment
Coordinator: Michel van Putten, UT Twente
Contact: [email protected]
WP 5.7: Skill improvement: Stress-reduction, concentration training
Coordinator: Henk Barendregt, Radboud Universiteit Nijmegen
Contact: [email protected]