In de komende jaren zal het consortium een infrastructuur opzetten – een soort ‘lopende band’ voor hersentechnologie – waar wetenschappers slimmere brain-machine interfaces kunnen ontwerpen, geavanceerde implantaten testen en digitale hersenmodellen ontwikkelen. Hiermee kunnen onderzoekers beter begrijpen hoe het brein werkt en wordt de weg vrijgemaakt voor nieuwe behandelingen voor neurologische en psychiatrische aandoeningen.
Neurotechnologie, waarmee hersenactiviteit uitgelezen of beïnvloed kan worden, heeft de afgelopen jaren een snelle ontwikkeling doorgemaakt. Een opvallend voorbeeld is een brain-computer interface (BCI) die hersensignalen van een verlamde persoon registreert en omzet in commando’s om een robotarm aan te sturen. Het integreren van technologieën blijft echter een grote uitdaging. Hoewel veelbelovend, zijn de huidige BCI’s onhandig groot, traag en beperkt in de hoeveelheid informatie die ze kunnen verwerken.
CWI: leidende rol in het Software platform
EBRAINS-Neurotech wil daar verandering in brengen. Via een gecoördineerde keten van laboratoria in heel Nederland zullen onderzoekers kleinere, snellere en krachtigere herseninterfaces ontwikkelen. EBRAINS-Neurotech zal bestaan uit een hardware-, software- en neurowetenschappen- en ethiekplatform. CWI zal bijdragen aan het softwareplatform, met name aan de taak om grootschalige hersenmodellen naar lokale, energiezuinige hardware te brengen. Hiervoor moeten grootschalige modellen van neurale netwerken worden gecomprimeerd tot efficiënte algoritmen die draaien op zeer kleine en energiezuinige ingebouwde processors, zoals neuromorfische chips, die in de directe omgeving van proefpersonen werken. Dat is essentieel voor echt draagbare of implanteerbare apparaten. De faciliteit zal daarom software ontwikkelen om abstracte, gereduceerde modellen van het hersenweefsel te bouwen die geschikt zijn voor interfacing, waardoor implantaten continu kunnen leren en zich kunnen aanpassen naarmate de gestimuleerde neurale circuits in de loop van de tijd veranderen. ‘Onze expertise bij CWI in het comprimeren van neurale netwerkmodellen tot energiezuinige algoritmen is een cruciale schakel in het bouwen van deze slimmere, continu lerende implantaten’, zegt professor Sander Bohté, hoofd van de Machine Learning-groep van CWI. Professor Bohté, die leiding zal geven aan een van de faciliteiten van het softwareplatform, voegt hieraan toe: ‘Ik ben erg blij met deze financiering van NWO-LSRI, omdat het fundamentele inzichten zal opleveren in klinische aspecten en neurodegeneratieve aandoeningen zoals beroerte, depressie, epilepsie en Alzheimer.’
Kleiner, slimmer en groener
EBRAINS-Neurotech zal het aantal elektroden voor het registreren van hersensignalen uitbreiden, de duurzaamheid van implantaten verbeteren en het aantal stimulatiepunten vergroten voor een preciezere aansturing van hersencircuits. De apparaten worden met behulp van nanotechnologie geminiaturiseerd, zodat ze op het lichaam kunnen worden geplaatst om hersensignalen direct te verwerken – vergelijkbaar met hoe een pacemaker voor het hart gepositioneerd is.
‘Ons doel is om neurotechnologische apparaten niet alleen effectiever, maar ook praktischer te maken voor patiënten en onderzoekers’, aldus Pennartz. ‘Door vooruitgang in nanotechnologie, neurowetenschappen en computertechnologie te combineren, kunnen we implantaten bouwen die beter werken en langer meegaan.’ Op de lange termijn zal deze infrastructuur naar verwachting bijdragen aan doorbraken in de behandeling van blindheid, beroerte, epilepsie, verlamming (waaronder ALS), depressie en de ziekte van Parkinson.
De onderzoekers gaan optogenetica – het gebruik van licht om neuronen te activeren – combineren met grootschalige metingen van hersenactiviteit om meer inzicht te krijgen in hoe hersennetwerken betrokken zijn bij waarneming, cognitie en motorisch gedrag. Ook zullen ze gebruikmaken van neuromorfe chips, die nabootsen hoe neuronen informatie verwerken. Deze chips zijn sneller en energiezuiniger dan traditionele computers, en vormen daarmee een duurzaam alternatief voor energieverslindende AI-systemen.
Verantwoorde innovatie
EBRAINS-Neurotech is niet alleen gericht op technologie; de focus ligt ook op de ethische en maatschappelijke implicaties van neurotechnologie. De onderzoekers zullen bestuderen hoe de privacy van gegevens kan worden beschermd, vooroordelen in algoritmes kunnen worden vermeden en hersenstimulatiemethoden veilig en verantwoord kunnen blijven.
‘Het is van cruciaal belang dat deze krachtige technologieën op een verantwoorde manier worden ontwikkeld’, vertelt Pennartz tot besluit. ‘We willen er zeker van zijn dat innovatie hand in hand gaat met veiligheid, rechtvaardigheid en transparantie.’
Over EBRAINS-Neurotech
Het consortium bestaat uit: Universiteit van Amsterdam (penvoerder), Universiteit Twente, TU Delft, Nederlands Herseninstituut, Radboud Universiteit, Centrum Wiskunde & Informatica, Rijksuniversiteit Groningen, UMC Utrecht en Erasmus UMC. Het consortium zal ook samenwerken met partners van de volgende Nederlandse instellingen: Amsterdam UMC, TU Eindhoven, Universiteit Maastricht, UMC Leiden, Health Research Infrastructure en het eScience Centre.
EBRAINS-Neurotech zal nauw samenwerken met het Europese digitale onderzoeksplatform voor hersenonderzoek EBRAINS en andere instellingen en (inter)nationale consortia.
Bron header photo: Shuttersttock
