Forskere fra Universitetet i Oslo skal nå plassere elektroder inni hjernen for å kunne tolke hjernesignaler. Dette kan skape en helt ny fremtid for funksjonshemmede.

– Den langsiktige drømmen er at forskningen vår kan føre til at personer med store funksjonshemninger kan kommunisere og forflytte seg ved å la tankene styre en maskin koblet til kroppen, forteller førsteamanuensis Tor Endestad på Psykologisk institutt ved UiO.

Sammen med kirurger, nevrofysiologer, informatikere og ingeniører skal psykologer ta i bruk nytt utstyr for å kunne gi et helt nytt innblikk i hvordan det er mulig å tolke nervesignalene i hjernen.

Før: Måler utenpå hjernen

Ideen om å bruke hjernesignaler til å styre utstyr, er riktignok ikke ny. Mange av leserne har kanskje vært på Teknisk museum i Oslo og testet hjernekraftspillet, der spilleren med den beste konsentrasjonen bruker tankekraften til å skyve en liten ball over i motsatt ende av brettet.

Forskerteamets samarbeidspartner i USA, professor Robert Knight, som er leder av «Cognitive Neuroscience Resarch Laboratory» på Universitetet i Berkeley, har allerede vært med på å lage en innretning som kan få en lam person til å styre en rullestol, ene og alene med tankene sine. De har også klart å lese av ord og fragmenter av lydbilder i hodet.

Likheten mellom rullestolbrukeren i USA og hjernespillet på Teknisk museum er at brukeren får påmontert elektroder på hodet, som måler den elektriske aktiviteten i hjernen.

Uheldigvis er mange av hjernesignalene så svake at de ikke klarer å trenge igjennom hodeskallen.

• Les også: Dronen som starter med et blunk

Nå: Måler inni hjernen

For å måle de svake signalene må UiO-forskerne gjennomføre målingene inne i selve hjernen. Det betyr at hodeskallen må åpnes for at forskerne kan undersøke pasientene

Eksperimentene skjer på epilepsipasienter som må behandles kirurgisk. Dette er pasienter som det ikke har vært mulig å behandle med medikamenter. Den dagen Apollon er på intervju, skal kirurger på Oslo universitetssykehus operere inn elektroder i hjernen til en epilepsipasient.

Hodeskallen må åpnes for at legene kan finne ut av hvor i hjernen epilepsianfallene starter. Noen ganger må elektrodene legges på hjernen. Da legges det på en matte med elektroder som skal dekke en del av overflaten på hjernen. Andre ganger plasseres elektrodene inne i hjernen.

– Elektrodene som plasseres i hjernen, brukes til mer lokalisert leting etter årsaken til epilepsi. Dette er som å få et periskop inn i hjernen, forklarer nevrokirurg Torstein Meling på Oslo universitetssykehus.

• Les også: Slik beveger han håndprotesen med tankens kraft

Løser oppgaver med åpen hodeskalle

Vanligvis tar det noen dager før epilepsianfallet kommer. I mellomtiden ligger pasientene døgnkontinuerlig overvåket på sykehuset.

Det er nettopp i denne ventetiden at pasientene kan delta i UiO-forskningen. Det er frivillig å delta.

– Vi ønsker å undersøke fenomener som kan være viktige for at hjernen kan kommunisere direkte med tekniske hjelpemidler, påpeker Tor Endestad.

Et av problemene er at hjernens oppfatning av tid og rom er litt forsinket. Det er derfor svært viktig for hjernen å være i forkant av det som skjer rundt oss. Denne evnen er avgjørende for at vi kan bevege oss og lære språk.

– Hjernen må hele tiden forberede seg på det som kan komme. Det skjer i stor grad ubevisst. Vi blir først bevisste på dette fenomenet når vi gjør en beregningsfeil. Tenk deg at du skal løfte en melkekartong. Hvis du tror den er full, mens den i virkeligheten er tom, fyker den i været. En robotarm må forholde seg til det hjernen forventer seg. Ellers blir den en dårlig hjelper. Vi ønsker derfor å finne de signalene i hjernen som bidrar til å forutse neste skritt i for eksempel en bevegelse. For å få dette til, fremprovoserer vi varianter av feil og brudd på forventninger og ser hvordan hjernen reagerer på dem. Vi vil med andre ord forstå det nevrobiologiske grunnlaget for prediksjon, forteller førsteamanuensis Anne-Kristin Solbakk.

• Les også: Forskning gir nytt håp til lamme

Pasientene får en rekke oppgaver. En av oppgavene er å lete etter en bestemt trekant på høyre eller venstre side på en skjerm. Noen ganger må hjernen bearbeide informasjon for å finne den. Noen ganger går dette helt av seg selv. Da kan forskerne studere hvordan hjernen reagerer på de ulike oppgavene.

– Hver av oppgavene bidrar til å forstå litt mer av hvordan hjernen utfører de avanserte beregningene som må til for å utføre kompliserte oppgaver, sier Tor Endestad.

For å forstå hvordan ulike deler av hjernen kommuniserer, må de tolke mønstre av svingninger med ulik frekvens.

– Noen av disse frekvensene lar seg ikke måle utenfor hodeskallen. Med det nye utstyret har vi fått helt andre muligheter til å se nærmere på dette.

Superkjappe målinger

Utstyret koster et par millioner kroner og blir tatt i bruk i mai. Det kan måle signaler fra 256 elektroder parallelt. Utstyret registrerer så raskt at det kan måle signalene i hver elektrode opptil 40 000 ganger i sekundet.

– Da kan vi også fange opp svært små nervesignaler. Å finne mønsteret i disse signalene kan sammenlignes med at du klarer å lytte til en lavmælt samtale på fest, mens hundrevis av mennesker støyer rundt deg, forteller Tor Endestad.

En av fremtidsscenariene til Endestad er en afasimaskin. Pasienter med afasi har mistet evnen til å snakke. Vyene er å la en talecomputer styres av tankene om hva du ønsker å si.

Én av de mange hindrene er av teknisk art.

– Vi kan foreløpig ikke operere inn permanente elektroder i hjernen for å registrere hjerneaktiviteten, beklager nevrofysiolog Pål Gunnar Larsen på Rikshospitalet, selv om det allerede er mulig å operere inn permanente elektroder for å behandle sykdommer som Parkinson.

• Les også: Se forskeren kontrollere roboten med hjernen

Tungregning på supermaskin

Eksperimentene genererer enorme mengder data. Terrabytene går fort unna. For å tolke alle hjernesignalene, må de ta i bruk Norges raskeste datamaskin, tungregnemaskinen Abel, som er ti tusen ganger raskere enn PC-en på kontoret ditt.

Selv om det nye avlyttingsutstyret er beregnet på forskning, kan det også ha praktisk nytte for dagens epilepsipasienter.

Pål Gunnar Larsen ser for seg at det nye utstyret kan gjøre det mulig å lokalisere enda bedre hvor kirurgen skal gjøre inngrepet sitt. Da kan det kirurgiske inngrepet bli både mindre – og langt mer presist.

– Med det nye utstyret kan vi se inn i hjernen på en helt annen måte enn før. Vi håper at vi etter hvert kan bidra til å hjelpe mennesker på helt nye måter, sier Tor Endestad.