Decoderen van woorden met behulp van 7 Tesla functionele MRI

Mensen die lijden aan neurologische stoornissen die hun mogelijkheid om te
spreken en schrijven beperken, zoals amyotrophische laterale sclerose (ALS) of
een beroerte, lopen achter in de huidige samenleving van informatie en
communicatie. Om dit te overbruggen worden nieuwe oplossingen ontworpen die de
mogelijkheid om te communiceren behouden of herstellen. Brain-computer
Interfaces (BCIs) beloven een compleet nieuwe weg om mensen met motorische
beperkingen te helpen communiceren en interactie te hebben met hun omgeving.
Het algemene doel van BCI onderzoek is het creëren van een directe link tussen
de hersenen en computers, en hiermee het niet functionele zenuwstelsel te
omzeilen. Huidige strategieën focussen zich op een specifiek deel van de
hersenen, namelijk het hand gebied op de motor cortex, waar gepoogde
handbewegingen gepaard gaan met patronen van neurale activiteit wat opgevangen
kan worden en onderscheiden kan worden van andere bewegingen of rust. Om
communicatie te kunnen herstellen zijn hand bewegingen alleen niet de meest
intuïtieve manier. Het vertalen van (geluidsloze) spraak naar een
spraakcomputer zou meer intuïtief en effectief zijn. In dit project onderzoeken
we dus of (gepoogde) gesproken woorden gedetecteerd en van elkaar onderscheiden
kunnen worden vanaf het deel van de hersenen dat de articulatie van spraak
representeert: het sensorimotorische gezichtsgebied. Eerder werk heeft de
mogelijkheid hiervoor al gesuggereerd, maar het concrete doel om woorden af te
leiden voor BCI doeleinden moet nog onderzocht worden. De resultaten van deze
studie zullen belangrijke kennis genereren voor het uiteindelijke doel om
mensen met ernstige communicatie problemen te helpen communiceren door
geluidsloos woorden uit te spreken.

Het overkoepelende doel van deze studie is te beoordelen of individuele
(gesproken of geluidloze) woorden gedetecteerd en van elkaar onderscheiden
kunnen worden van het gebied in het brein dat de articulatie van spraak
representeert. Hiervoor zijn drie primaire doelen opgesteld:

1) Het vergelijken van de classificatie resultaten van stil of gepoogde
uitgesproken woorden tussen patiënten met ALS/PLS en gezonde controles.
2) Het onderzoeken van de neurale representatie van articulator bewegingen.
3) Het onderzoeken van de invloed van de sequentie van fonemen binnen een woord
in woord classificatie.

Dit is een observationele studie met invasieve technieken (functionele
magnetische resonante beeldvorming, fMRI) bij een groep individuen met bulbaire
ALS/PLS en een controle groep.

Hoewel er geen directe voordelen te verwachten zijn voor de deelnemers aan de
huidige studie wordt verwacht dat de studie de bestaande kennis over de
decodeerbaarheid van woorden van het sensorimotorische gezichtsgebied
verbreedt. Dit kan uiteindelijk helpen om mensen met ernstige verlamming een
nieuwe methode van snelle en intuïtieve communicatie te geven. Er zijn geen
bekende risico's geassocieerd met fMRI acquisitie. De techniek gebruikt geen
contrastmiddel of bestraling. De Utrecht groep heeft ruime ervaring met fMRI
scans (ongeveer 400 scans per jaar op de 7 Tesla MRI scanner). De fMRI
procedure is pijnloos, maar enig ongemak kan opkomen als gevolg van stimulatie
van de perifere zenuwen tijdens het scannen en door het moeten stilliggen voor
langere tijd waarbij een deel van het lichaam en hoofd in een tunnel-achtig
apparaat ligt. Extra aandacht wordt geschonken aan de ALS patiënten en hun
veiligheid en comfort tijdens het scannen: er zal tijdens de scan continue
communicatie mogelijk zijn tussen de patiënt en de onderzoeker of een verzorger
en strikte inclusie criteria worden gebruikt die ervoor zorgen dat patiënten
maximale veiligheid en comfort ervaren tijdens de studie. Ook zal er een
(para)medicus aanwezig zijn bij het scannen die bekend is met de
patiëntenpopulatie om zo nodig hulp te verlenen.