- Met bionische ogen kun je het infraroodspectrum zien
- Kunsthuid laat je magnetische velden en geluidsgolven voelen
- Hersenimplantaat met machine learning algoritmen verbetert het menselijk geheugen
- Exosuit maakt bovenmenselijk uithoudingsvermogen mogelijk
- Hoe zien mensen er in de toekomst uit?
Dankzij belangrijke technologische vooruitgang, vooral op het gebied van de geneeskunde, leven wij tegenwoordig veel langer dan onze voorouders. Sinds de 19e eeuw is de gemiddelde levensverwachting zelfs verdubbeld – die was toentertijd tussen de 30 en 40 jaar, maar volgens de Wereldgezondheidsorganisatie is deze inmiddels opgelopen tot 72 jaar.
Deze ontwikkelingen hebben ertoe geleid dat we ons zijn gaan afvragen wat de natuurlijke grenzen van het menselijk lichaam zijn en of we iets kunnen doen om die grenzen te verleggen. De dood zo lang mogelijk op afstand houden vinden we niet langer voldoende. We willen nu ook manieren ontwikkelen om ons bovenmenselijke mogelijkheden en krachten toe te bedelen. Het menselijk lichaam met technologie upgraden om de fysieke en cognitieve prestaties te verbeteren wordt ook wel biohacking genoemd en er zijn inmiddels diverse, zeer interessante en veelbelovende ontwikkelingen op dit gebied.
Met bionische ogen kun je het infraroodspectrum zien
Er zijn wereldwijd meer dan 36 miljoen blinden en 216,6 miljoen mensen met een visuele beperking. Wetenschappers hebben jarenlang gezocht naar een manier om het gezichtsvermogen te herstellen, maar deze pogingen zijn tot nog toe niet erg succesvol gebleken. Hier komt echter langzaam verandering in. Een in Californië gevestigd bedrijf voor visuele protheses, Second Sight Medical Products, heeft onlangs een nieuw bionisch oogsysteem ontwikkeld waarmee mensen met een visuele beperking weer kunnen ‘zien’.
Het Orion Visual Cortical Prosthesis System (visueel corticaal prothesesysteem) bestaat uit een bril met een kleine camera die beelden vastlegt. Een videoverwerkingssysteem zet de beelden om in elektrische impulsen die de drager kan interpreteren en een implantaat dat de hersenen stimuleert om wat de camera ‘ziet’ opnieuw te creëren. Het implantaat wordt rechtstreeks in de hersenen van de patiënt geïnstalleerd – via een kleine craniotomie in de achterkant van het hoofd, boven de occipitale of achterhoofdskwab. “Ze plaatsen de elektrode-array tussen de twee hersenhelften tegen de visuele cortex”, vertelt Will McGuire, CEO van Second Sight. “Dan schroeven ze het elektronicapakketje als het ware in de schedel, net naast de craniotomie”. In dit pakketje zit een kleine transmissiespoel waarmee het apparaatje draadloos data en elektriciteit van de externe onderdelen van het systeem kan ontvangen.
Voor het implanteren van het apparaatje wordt je opgenomen en verblijf je een nachtje in het ziekenhuis. Daarna volgt een herstelperiode van drie tot vier weken. Zodra het apparaat is ingeschakeld zie je lichtvlekken of fosfenen – deze verschijnen wanneer de visuele cortex elektrisch wordt gestimuleerd door de 60 elektrodenarray van het implantaat. Om uiteindelijk de duidelijkst waarneembare lichtvlek te kunnen produceren, moet elke elektrode individueel worden afgestemd, wat weken of zelfs maanden kan duren. Het team ontwikkelt vervolgens een soort ruimtelijke kaart die ervoor zorgt dat elke elektrode de juiste plek in de hersenen van stroom voorziet. Om dat te bereiken, moet de gebruiker herhaaldelijk op een bepaalde plek op het scherm van een tablet tikken wanneer een specifieke elektrode energie krijgt. Zodra de nauwkeurigheid van de afbeelding is bevestigd, worden de gegevens ingevoerd in een algoritme dat de video van de camera omzet in stimulatieparameters die de beelden opnieuw creëren.
En dit is nog maar het begin. De volgende stap is om het aantal elektroden uit te breiden naar 150 tot 200. Hoe meer elektroden, des te beter de beeldkwaliteit. Het bedrijf onderzoekt bovendien de mogelijkheid om afstandsfiltering te gebruiken om diepte-perceptie te realiseren. Dit is momenteel nog niet mogelijk omdat het apparaat slechts één camera gebruikt. “Als we twee camera’s hadden, zouden we misschien de optie kunnen bieden om alleen objecten te zien die zich binnen een straal van 10 voet bevinden of objecten die groter zijn dan 10 voet”, vertelt Nik Talbot, senior directeur van Second Sight. “Dat zou een helderder beeld produceren. Op dit moment pakken ze dingen op die dichtbij en ver weg zijn. Dat kan vervormen wat je ziet en het moeilijker maken om het te interpreteren”. Een thermische camera is nog een andere mogelijke toekomstige toevoeging. Hiermee zou je het infraroodspectrum kunnen zien, waardoor je bijvoorbeeld kunt detecteren waar mensen in de kamer zijn of ‘visueel’ waarnemen dat de kachel brandt.
https://www.youtube.com/watch?v=ezVNM05GeUE
Kunsthuid laat je magnetische velden en geluidsgolven voelen
Onderzoekers van de University of Connecticut en de University of Toronto hebben een baanbrekende sensor ontwikkeld waarmee kunsthuid druk, trillingen en zelfs magnetische velden kan waarnemen. Met behulp van deze innovatieve technologie wisten de onderzoekers prothetische huid te creëren die de tastzin bij mensen met brandwonden en geamputeerde ledematen kan herstellen. “Het type kunsthuid dat we hebben ontwikkeld noemen we een elektronische huid of e-skin”, vertelt Islam Mosa, een postdoctorale fellow bij UConn. “Het is een nieuw soort slimme draagbare elektronica die flexibel, elastisch en vormbaar is en unieke detectiecapaciteiten bezit die de menselijke huid nabootsen”.
De sensor bestaat uit een siliconen buis omwikkeld met koperdraad en gevuld met een vloeistof die ijzeroxide-nanodeeltjes bevat. De nanodeeltjes in de buis zijn voortdurend in beweging en produceren een elektrische stroom die door de koperdraad wordt opgepikt. Wanneer er druk op de buis wordt uitgeoefend verandert de stroom. Naast het kunnen voelen van omgevingsveranderingen, net als de menselijke huid, heeft de kunsthuid ook een aantal mogelijkheden die veel verder gaan dan wat je met menselijke huid kunt bereiken, zoals magnetische velden en de trillingen van geluidsgolven voelen. “Een grote motivatie om deze e-skinsensor te ontwikkelen was om bovenmenselijke vaardigheden te kunnen realiseren”, zegt Abdelsalam Ahmed, een postdoctorale fellow aan de University of Toronto. “We hebben bewezen dat e-skin mensen als het ware kan waarschuwen voor aankomend gevaar, nog voordat er ongelukken gebeuren”.
Deze technologie heeft een groot aantal potentiële toepassingen op veel verschillende gebieden. Denk bijvoorbeeld aan elektronica voor gevarenpreventie, reddingsrobots en next-gen gezondheidszorg op afstand. Voordat dat deze toepassingen gerealiseerd kunnen worden moeten de onderzoekers echter eerst een manier vinden om de e-skin volledig biocompatibel te maken. Ze werken er ook aan om het buisvormige prototype platter te maken zodat het meer op echte huid lijkt.
Hersenimplantaat met machine learning algoritmen verbetert het menselijk geheugen
Een team van onderzoekers onder leiding van psycholoog Michael Kahana van de University of Pennsylvania heeft onlangs aangekondigd een manier gevonden te hebben om het menselijk geheugen met behulp van machine learning algoritmen te decoderen en verbeteren door nauwkeurig getimede elektrische pulsen rechtstreeks naar de hersenen te sturen.
Om hun innovatie te testen implanteerden de onderzoekers tussen de 100 en 200 elektroden in de hersenen van 25 epilepsiepatiënten waarmee ze de hersenactiviteit tijdens geheugentaken registreerden. De patiënten werd gevraagd om een lijst met woorden te lezen en deze te onthouden. Tegelijkertijd verzamelden de onderzoekers van alle geïmplanteerde elektroden duizenden spanningsmetingen per seconde. Hierdoor konden ze zien wat er in de hersenen gebeurt als je iets probeert te onthouden. Ze deden hetzelfde tijdens het oproepen van herinneringen en registreerden welke hersenactiviteitspatronen werden geassocieerd met het onthouden of vergeten van een woord. De onderzoekers herhaalden het proces meerdere keren totdat ze voldoende gegevens hadden om patiëntspecifieke algoritmen te ontwikkelen die konden voorspellen welke woorden patiënten zich waarschijnlijk zouden herinneren.
Naast het aflezen van neurale activiteit kunnen de elektroden deze ook stimuleren, waardoor de onderzoekers het vormen van herinneringen in real time kunnen ondersteunen. Wanneer een patiënt een nieuw woord ziet, kan het algoritme op basis van de elektrode-activiteit bepalen of de hersenen het woord zullen onthouden. “Met een gesloten-lussysteem kunnen we de toestand van de hersenen registreren en analyseren en vervolgens beslissen of we een stimulatie al dan niet activeren, allemaal binnen een paar honderd milliseconden”, zegt Kahana. Volgens de onderzoekers konden patiënten op deze manier hun vermogen om woorden te onthouden en herinneren met maar liefst 15 procent verbeteren.
Dit is een bijzonder veelbelovende ontwikkeling en zeker de moeite waard om verder te onderzoeken. De volgende stap zou kunnen zijn om te testen of de algoritmen met het toevoegen van meer elektroden nog meer neurale handtekeningen kunnen decoderen en hun specificiteit kunnen verbeteren. Bovendien zouden meer trainingsgegevens vermoedelijk ook een positief effect hebben op de prestaties van de algoritmen.
Exosuit maakt bovenmenselijk uithoudingsvermogen mogelijk
Wetenschappers van Harvard University hebben onlangs een nieuw exosuit ontwikkeld dat is ontworpen om de prestaties van de drager tijdens het lopen en rennen te verbeteren. Het exosuit weegt maar vijf kilo, is gemaakt van textiel en wordt rond de taille en om de dijbenen gedragen. Op deze manier wordt de werking van het heupgewricht als het ware versterkt, waardoor de drager energie kan besparen. “In wezen hebben we een soort kunstmatige spier aan de buitenkant van het menselijk lichaam gecreëerd die parallel werkt aan de onderliggende biologische spier”, zegt de hoofdonderzoeker, Conor Walsh, een engineeringprofessor aan Harvard.
Omdat de spierbewegingen bij lopen en rennen verschillend zijn, moesten de wetenschappers een manier vinden om het apparaat te laten weten wanneer de drager van de ene naar de andere beweging overschakelt. Met dat doel ontwikkelden ze een loopclassificatie-algoritme waarmee de exosuit kan detecteren wanneer de drager van gewoon lopen overschakelt op rennen zodat het systeem zich daar automatisch op kan aanpassen. Volgens wetenschappers bleek uit testen dat een persoon die het exosuit droeg tijdens lopen 9,3 procent minder energie verbruikte en tijdens het rennen 4 procent minder. De exosuit bleek zeer veelzijdig te zijn en presteerde tijdens het oplopen van een heuvel, bij verschillende loopsnelheden en tijdens andere testen bewonderenswaardig goed.
Een lichtgewicht exosuit heeft enorm veel potentiële nuttige toepassingen – het zou bijvoorbeeld door militairen gebruikt kunnen worden om zwaardere ladingen te dragen, industriearbeiders kunnen helpen met zware fysieke arbeid, of het uithoudingsvermogen van recreatieve wandelaars een boost kunnen geven. Toekomstige versies van het exosuit zouden ook ideaal zijn om de mobiliteit van mensen met medische problemen als multiple sclerose, Parkinson of ruggenmergletsel enigszins te verbeteren. “Deze baanbrekende ontwikkeling geeft ons een kijkje in een toekomst waarin draagbare robotapparatuur het leven van gezonde mensen kan verbeteren en mensen met verwondingen of revalidatiebehoeften kan helpen”, zegt professor Donald Ingber van het Wyss Institute for Biological Inspired Engineering van Harvard.
Hoe zien mensen er in de toekomst uit?
Hoewel technologie de afgelopen jaren bijna elk aspect van onze samenleving heeft getransformeerd, is er één ding dat sinds de begindagen niet echt noemenswaardig is veranderd: het menselijk lichaam. We zijn groter en we hebben dan wel een langere levensverwachting, maar qua fysieke prestaties kunnen we nu niet heel veel meer dan honderd of duizend jaar geleden. Maar aan alle recente technologische ontwikkelingen te zien gaat dat in de toekomst al snel veranderen.
De mensheid droomt al sinds jaar en dag over het hebben van bovenmenselijke vermogens. Niet voor niets zijn we zo gebiologeerd door onze superhelden op het witte doek. Tot voor kort behoorden dit soort vermogens nog tot de sciencefiction, maar recente technologische ontwikkelingen lijken daar verandering in te brengen. Binnenkort hebben we de mogelijkheid om door middel van hightech apparaten het infraroodspectrum te zien, magnetische velden en geluidsgolven te voelen, of ons geheugen en uithoudingsvermogen een boost te geven. De technologische vooruitgang zorgt ervoor dat we de grenzen van wat mogelijk is steeds verder verleggen en de biohacking-beweging zal daardoor nog meer voorstanders aantrekken. Maar hoe ver verleggen we straks de grens voor onszelf? Hoe ver zijn we bereid te gaan met het upgraden van ons lichaam?
