Wat is de toekomst van Brain-Computer Interface technologie?

De toekomst van Brain-Computer Interfaces. Wat zijn de uitdagingen, zowel technisch als biologisch, voor de verdere ontwikkeling van deze technologie? Hoe zit het met de ethiek? Is betere wetgeving een oplossing? Tot slot, wat is mijn visie op de toekomst van deze technologie?

Dit artikel maakt deel uit van een reeks over Brain-Computer Interfaces. Dit zijn de andere stukken in deze reeks:

• Brain-computer interfaces, een introductie
• Deze bedrijven (en legers) werken aan brain-computer interfaces

Wil je weten hoe een brain-computer interface werkt? Kijk dan eerst deze video:

Wat zijn uitdagingen voor de verdere ontwikkeling van brain-computer interfaces?

Uitdagingen brain-computer interfaces

Technische uitdagingen zijn er nog voldoende. Voor de non-invasieve apparaten is het grootste pijnpunt het analyseren en ontcijferen van de hersendata. De sensoren moeten namelijk de signalen oppikken door een barrière van de huid, schedel en hersenvocht.

Voor invasieve, inwendige sensoren speelt dit in mindere mate, maar spelen er andere uitdagingen:

1. In een gecontroleerde omgeving van een ziekenhuis lukt het nog aardig goed om de signalen te identificeren. Buiten deze setting, bijvoorbeeld thuis, heb je te maken met een veelvoud aan prikkels, zowel in aantal als in verscheidenheid.
2. Het systeem kan vastlopen. Met de huidige implantaten en programma’s gebeurt dit een paar keer per dag. Nick Ramsey van Utrecht Neuroprothese zegt in een interview: ‘Je bent bijvoorbeeld aan het schrijven en opeens stopt je hand ermee.’
3. De levensduur van een elektrode is nu nog te kort. Dit komt onder meer omdat de elektroden niet mee flexibel genoeg zijn om mee te bewegen met pulserende bloedvaten. Een andere reden, volgens Ramsey, is dat hersenvocht de elektroden aantast.

We begrijpen de hersenen (nog) niet

De grootste hindernis is waarschijnlijk niet technologisch, maar biologisch van aard. Neurowetenschappers weten namelijk niet hoe gedachten, emoties en intenties worden gecodeerd in een patroon van neurale signalen die via de synapsen tussen neuronen springen.

De flexibiliteit van de hersenen speelt ook een grote rol. Een andere term hiervoor is plasticiteit. Het is bijvoorbeeld onmogelijk om het concept van pizza in mijn hersenen te lokaliseren. Waarschijnlijk is het een construct met elementen op verschillende plekken in het brein. Uiteraard is dat smaak en geur, maar mogelijk associeer ik het ook met bepaalde geluiden, beelden, gevoelens en herinneringen.

Voor mij kan dat een sensatie uit Napels (Italië) zijn, toen ik daar met twee vrienden op vakantie was. Na een wandeling door de vieze en rumoerige straten in het centrum kwamen we uit bij een zalig terras waar ik de lekkerste pizza Margherita ooit heb gegeten. Voor jou kunnen hele andere ervaringen en gevoelens het construct pizza in je hersenen opbouwen.

Kunnen hersenen het aan?

Een relevante vraag is ook of de hersenen deze technologie wel aan kunnen, zeker als het gaat om bidirectionele brain-computer interfaces. Dit betekent dat de interface niet alleen data uit het brein kan oppikken, maar ook signalen kan terugsturen.

Dit klinkt heel eng, maar in het geval van het aansturen van protheses kan dat heel handig zijn. De spieren in de schouder of bovenarm kunnen dan een signaal krijgen van de interface of die aan of uit staat. Neurowetenschappers noemen dit co-adaptie. In zekere zin lijkt dit op hoe een baby zijn of haar ledematen leert te gebruiken, het is een continu feedback van actie en reactie.

Professor John Donoghue (Brown University, Verenigde Staten) twijfelt of hersenimplantaten de drager superkrachten kunnen geven. Hij stelt dat de hersenen van de mens zijn geëvolueerd om informatie te ontvangen en te sturen op de snelheid dat het nu doet. Niet op het tempo van een Ethernetkabel. ‘Heb je wel eens naar een podcast geluisterd op een vierdubbele snelheid? Dat werkt niet. Onze hersenen zijn gemaakt om geluiden te maken en te begrijpen op een niveau dat voor ons bruikbaar is.’

Technologische vooruitgang

Ondanks de voorbehouden van professor Donoghue en andere wetenschappers, werken onderzoeksinstitituten wereldwijd aan verbeterde en vooral kleinere implantaten.

Dat is ook wel nodig. Professor Polina Anikeeva (MIT, Verenigde Staten) maakte in 2015 een vergelijking over het analyseren van neuronen met de chips die destijds voorhanden waren: ‘Het is alsof je Tchaikovsky wil spelen op de piano met vingers met de omvang van een auto.’

Neurograins

Zo maakt een team aan Brown University (Verenigde Staten) zogenaamde ‘neurograins’. De chips zijn ongeveer de grootte van ene zoutkorrel. Het idee is dat ze over het hersenoppervlakte worden gestrooid om neurale signalen te verzamelen. Hoofdonderzoeker Arto Nurmikko: ‘Elke chip heeft genoeg micro-elektronica om de activiteit van neuronen op te pikken en een kleine radio om deze signalen te versturen.’

Neuropixels

Bij Imec in Leuven (België) werkt een groep aan de Neuropixels-sonde. Directeur Peter Peumans zegt in een interview: ‘Daarmee kunnen ze nog niet de volledige hersenen van mensen uitlezen, maar wel gedachten van proefdieren lezen en leren hoe ze te interpreteren.’ Op termijn hopen de onderzoekers betere therapieën voor hersenziekten zoals Alzheimer te vinden.

Optimistisch toekomstbeeld

Mede door het perspectief van krachtige chips zoals de Neurograins en Neuropixels zijn sommige experts optimistisch over de toekomst van hersenimplantaten in de gezondheidszorg. Edward Chang (UC San Francisco, Verenigde Staten): ‘Ik ben niet verbaasd als zulke pacemakers voor de hersenen over 20 tot 30 jaar even normaal zijn als gewone pacemakers nu.’

Ik ben niet verbaasd als zulke pacemakers voor de hersenen over 20 tot 30 jaar even normaal zijn als gewone pacemakers nu.

Edward Chang, wetenschapper

Zoals ik vaker betoog maken veel medische technologieën de sprong van genezen naar verbeteren. Kristha Shenoy is neurowetenschapper aan Stanford University (Verenigde Staten): ‘Technologisch zie ik geen barrière. Ik zou dat 10 jaar geleden niet hebben gezegd en misschien ook niet vijf jaar geleden. Maar het zijn eigenlijk elektroden, chips en een radio.’

Computer van 21e eeuw

In hetzelfde artikel komt Mike Wolmetz (Johns Hopkins University, Verenigde Staten) aan het woord. Hij vindt het lastig om te voorspellen waar brain-computer interfaces gebruikt voor zullen worden: ‘Het is dezelfde vraag als men destijds had bij de computer. Ik denk dat het in ons leven voor alles zal zijn. Maar in de komende vijf jaar is het moeilijk te beantwoorden.’

Doorbraak in 2030

De potentie van brain-computer interfaces is gigantisch, ondanks de nuances en het voorbehoud dat ik heb gemaakt. Het is lastig om jaartallen te plakken op de toekomst, maar Geneva Science and Diplomacy Anticipator (GESDA) houdt periodiek interviews en enquetes om technologische trends te plotten.

Dit was het beeld in 2021. De experts geven aan dat rond 2025 deze technologie in de vorm van headsets (zoals die van NextMind) een boost krijgt door toepassingen in virtual reality en de metaverse. Zo’n vijf jaar later, in 2030, zien we de eerste commerciële toepassingen met invasieve interfaces (zoals Neuralink). In 2045 zijn hersenchips geaccepteerd als medische technologie, maar zijn er ook gezonde consumenten die deze implantaten willen om hun cognitieve vermogens te verbeteren.

Wat zijn ethische vraagstukken en dilemma’s?

Ethiek

Waarschijnlijk heb je tijdens het lezen van het artikel al een paar keer het gevoel gehad dat iets niet klopt, dat het te snel gaat of dat deze toepassingen niet wenselijk zijn.

Deze zorgen zijn niet alleen van deze tijd. Jose Delgado is een pionier op het gebied van hersenchips. Al in 1969 voorspelde hij dat zogenaamde geimplanteerde ‘stimocievers’ in het brein de mensheid zouden helpen om oorlogen, criminaliteit en andere sociale problemen te voorkomen. Tegelijkertijd waarschuwde hij dat deze tirannen en dictators deze chips kunnen gebruiken om onze gedachten te monitoren en te controleren.

Waarschuwingen

Maar we kunnen er niet omheen dat deze technologie en haar toepassingen allerlei ethische dilemma’s met zich mee brengen. In 2019 waarschuwde de OECD dat er grote risico’s zijn rondom brain-computer interfaces, waaronder politieke of commerciele manipulatie. In 2021 bracht de bio-ethiek commissie van de Verenigde Naties een rapport uit waarin ze stellen dat er weinig wetgeving is over neurotechnologie. Dit kan onder meer leiden tot ‘neurosurveillance’ op school of op het werk.

Dit zijn volgens mij de belangrijkste kwesties:

• 1 Mentale privacy;
• 2 Aansprakelijkheid;
• 3 Identiteit.

1. Mentale privacy

Je gedachten zijn privé. Van sommige gedachten ben je ze blij dat je ze niet uitspreekt. Tenminste, dat geldt wel voor mij! Wat je denkt is het meest persoonlijke, want het raakt je identiteit en persoonlijkheid. Als iemand weet wat je denkt, dan ben je voor mijn gevoel al je autonomie en vrijheid kwijt.

Met het analyseren van hersensignalen kan dit laatste bastion van privacy geslecht worden. De grootste zorg is dat alles wat er mis is met het internet, zoals desinformatie, kwaadwillende hackers, controle van overheden, manipulatie van bedrijven en intimidatie, nog erger wordt als we onze hersenen gaan uitlezen. Rafael Yuste, neurowetenschapper aan Columbia University, vindt daarom ‘het probleem van mentale privacy de grootste opgave om op te lossen.’

Het probleem van mentale privacy is de grootste opgave om op te lossen.

Rafael Yuste, neurowetenschapper

Surveillance kapitalisme

Bedrijven en overheden willen natuurlijk dolgraag toegang hebben tot onze hersendata, zeker als ze die denken te kunnen herleiden naar gedachten, gevoelens of intenties.

In het geval van bedrijven denk ik aan het werk van professor Shoshana Zuboff. Ze schreef een boek over surveillance-kapitalisme. De kern is dat wij als mens en gebruiker een grondstof is, met de datapunten die we achter laten in apps, op websites en met onze wearables. Met deze grondstof trainen technologiebedrijven hun algoritmes. Die algoritmes zorgen voor advertenties die weer precies zijn afgestemd om de wensen en behoeften van de gebruiker. De technologiebedrijven verkopen namelijk zekerheid aan hun klanten: zekerheid dat jij hun product koopt, dienst afneemt of gaat stemmen (of niet).

Voorbeeld

Als je naar hersendata kijkt met deze bril, dan wordt het probleem van mentale privacy nog groter. Dan kunnen bedrijven en overheden nog preciezer hun acties afstemmen op hun klanten en burgers.

Een concreet voorbeeld: in sommige regimes is homoseksualiteit verboden. De machthebbers in dit soort landen zullen graag toegang willen hebben tot hersendata die laat zien dat een gebruiker zich aangetrokken voelt tot iemand van dezelfde sekse. Wat zal die overheid dan doen? Zullen ze deze burgers dan preventief oppakken?

2. Aansprakelijkheid

Voor de analyse en de interpretatie van de signalen uit de hersenen gebruiken alle methoden software en algoritmes. Die algoritmes vertalen de signalen naar woorden of acties. Het lastige daarbij is dat het onderscheid tussen de drager van de technologie en de vertalende algoritmes diffuus wordt.

Om dit voorbeeld duidelijk te maken kun je denken aan de autocorrect functie bij het versturen van berichten op je smartphone. Deze functie is heel handig als je haast hebt, maar zo kun je ook onbedoelde berichten naar iemand sturen.

Florian Solzbacher, directeur van Blackrock Neurotech (een fabrikant van electrode implantaten) noemt dit ‘shared agency’. De output van een BCI wordt namelijk deels door een persoon en deels door software bepaald. ‘Dat is wetenschappelijk interessant, maar ook een ethische kwestie. Want wie neemt eigenlijk de beslissing?’

3. Identiteit

De kwestie over aansprakelijkheid raakt ook iets fundamentelers, met name als het gaat om hersenimplantaten. Bij Deep Brain Stimulation, een methode om de symptomen van de onder meer de ziekte van Parkinson te onderdrukken, zijn gevallen bekend van patiënten die ander gedrag na de operatie begonnen te vertonen.

Kerry Bowman, assistent-professor bij de Universiteit van Toronto, Canada, beschrijft het als volgt: ‘Gebruikers kunnen zich afvragen of de veranderingen in hun gedrag representatief zijn voor henzelf of dat het een gevolg is van het implantaat. Dit roept vragen op over keuzevrijheid en wie we zijn als mens.’

Dit roept vragen op over keuzevrijheid en wie we zijn als mens.

Kerry Bowman, Universiteit van Toronto

Kortom, het gebruik van deze technologie werpt belangrijke menselijke, politieke en filosofische vragen op. Het raakt immers onze identiteit, iets dat we als onze kern beschouwen en waarvan we denken dat het ons uniek maakt.

Zou betere wetgeving een oplossing kunnen zijn?

Wetgeving

Betere wetgeving kan een oplossing zijn om de nadelige gevolgen van deze technologie te ondervangen. Chili loopt hierin voorop. In 2020 heeft het parlement van dit Zuid-Amerikaanse land ingestemd met een wet om neuro-rechten vast te leggen. Dit betekent dat hersendata dezelfde status heeft gekregen als gedoneerde organen: het is illegaal om deze te verkopen of te manipuleren.

In 2021 trad in Spanje de Digitale Rights Charter in werking, inclusief een vermelding van neurologische data van consumenten.

Betrokken wetenschappers maken zich ook hard voor het beschermen van gebruikers van BCI’s. In 2021 pleitten Rafael Yuste, Jared Genser en Stephanie Herrmann vanuit The NeuroRights Foundation voor het vastleggen van een aantal basis neuro-wetten:

• Het recht op een persoonlijke identiteit;
• Het recht op vrije wil;
• Het recht op geestelijke privacy;
• Het recht op gelijke toegang tot mentale verbetering;
• Het recht op bescherming tegen bias van algoritmes.

De vijf wetten dekken voor de drie kritiekpunten van privacy, aansprakelijkheid en identiteit grotendeels af. De vraag blijft uiteraard wel of overheden bereid zijn om deze wetten over te nemen, goed te definiëren en hierop te kunnen handhaven.

Samenwerking

Het vastleggen van de eerder genoemde neurowetten in nationale wetgeving is niet voldoende. In dat geval is een scenario denkbaar waar een land of meerdere landen vanuit competatief voordeel dit soort wetten niet invoert.

Hervé Chneiweiss, een neurowetenschapper en lid van het International Bioethics Committee van de VN, pleit daarom voor internationele samenwerking. Het liefst ziet hij een equivalent van het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering (IPCC) voor neurotechnologie. ‘We hebben absoluut een internationale betrouwbare groep wetenschappers en mensen nodig die het veld kennen om de basis van dit beleid te informeren.’

Ik kan me vinden in de uitspraak van Chneiweiss, maar tegelijkertijd klinkt het een beetje naïef. De klimaatcrisis heeft namelijk aangetoond dat wetenschappelijke informatie niet voldoende is om politici, bedrijven en consumenten te bewegen om in actie te komen.

Wat is mijn visie en conclusie?

Visie

In de volgende alinea’s deel ik mijn visie over de toepassingen en toekomst van brain-computer interfaces. Ik denk dat het patiënten enorm kan helpen in hun kwaliteit van leven. Wat betreft toepassingen voor niet-patiënten ben ik terughoudender. Hoe voorkomen we dat we dezelfde fouten maken als bij de ontwikkeling van het internet? Tot slot deel ik een voorstel om deze technologie in onze samenleving te introduceren, gevolgd door mijn conclusie.

Geweldig voor patiënten

De potentie van BCI’s in de gezondheidszorg is enorm. Neem patiënten zoals Hanneke de Bruijne of Robert Chmielewski. Hanneke heeft ALS, waardoor zij niet meer kan praten. Ze heeft nu een neurale prothese om een spraakcomputer te bedienen, waarmee ze communiceert met zorgverleners, familie en vrienden.

Robert is grotendeels verlamd. Met electrodes in zijn brein stuurt hij nu twee hand-protheses aan. Eind 2020 was hij extatisch toen hij hiermee zichzelf een stuk taart kon geven.

De technologie heeft dus een positieve invloed op de levens van Hanneke en Robert. In de toekomst kunnen hopelijk meer lotgenoten met de buitenwereld communiceren of hun protheses aansturen.

Behandelingen in de toekomst

Een andere toepassing is het bedienen van een exoskelet met je gedachten. Zo voerden Franse onderzoekers in 2019 dit project uit, waar de verlamde proefpersoon Thibault zijn exoskelet bedient met zijn gedachten. Als ik verder redeneer, dan kan je ook andere oplossingen bedenken:

• herkennen en voorkomen van depressies of epileptische aanvallen;
• behandeling van posttraumatische stressstoornis;
• ondersteuning en training na hersenletsel of hersenbloeding.

Afhankelijkheid

Een kanttekening is dat het gebruik van deze technologie patiënten ook afhankelijk maakt. Je bent als gebruiker namelijk afhankelijk van de ondersteuning van de leverancier voor de hardware en software. Dat het mis kan gaan, blijkt uit het verhaal van het bedrijf Second Sight.

Dat bedrijf maakte de Argus 2. Hierbij is een implantaat in de oogbal verbonden met een camerabril. De bril stuurt beelden naar het implantaat, waarmee de gebruiker zo’n 60 pixels in zwart-wit kan zien. Een ruwe schatting is dat de kosten voor het apparaat, de operatie en de revalidatie ongeveer 497.000 dollar bedragen. Hiervan werd meestal een groot deel vergoed door de verzekeraar.

Jeroen Perk kwam in Nederland een paar keer in de media als gebruiker van de Argus 2. In mijn boek Supermens heb ik Jeroen ook geïnterviewd.

Waarschuwing

Rond 2021 werd bekend dat het bedrijf Second Sight zou stoppen met de ontwikkeling en ondersteuning van de Argus 2. Even later ging het bedrijf failliet. De gebruikers van de Argus kunnen nu nergens meer terecht als hun bril stuk gaat en ze ontvangen geen updates meer voor de software.

Wat mij betreft is het verhaal van Second Sight een waarschuwing voor patiënten, bedrijven en overheden om beter na te denken over het borgen van de ondersteuning van technologie. Zeker wanneer patiënten er zo afhankelijk van zijn.

Net als het internet?

Wat betreft het gebruik van brain-computer interfaces voor niet-patiënten ben ik terughoudender. Een van de redenen hiervoor is het traject die hebben we doorlopen bij de opkomst van het internet.

De pioniers en academici waren optimistisch over de mogelijkheden van het internet, wellicht zelfs naief. Waar ze droomden over meer onderling begrip door het delen van informatie, hebben we nu grote technologiebedrijven, filterbubbels en nepnieuws.

Ik zou niet graag de blauwdruk van het huidige internet willen gebruiken voor brain-computer interfaces. Want zoals auteur professor Yuval Noah Harari stelt: ‘Met hersendata geven we onze identiteit, dromen en gevoelens weg.’

Met hersendata geven we onze identiteit, dromen en gevoelens weg.

Yuval Noah Harari, auteur

Opvallend genoeg is niet iedereen zich hiervan bewust. Professor Nita Farahany onderzoekt de privacy en ethische aspecten van neurotechnologie. Uit een steekproef blijkt dat respondenten de inhoud van hun telefoongesprekken en hun BSN-nummer minder graag met anderen delen dan hun hersendata.

Beginnen bij waarden

Hoe kunnen we dan wel omgaan met deze veelbelovende technologie? Wat mij betreft nemen we de mens als uitgangspunt. In plaats dat we ons onderwerpen aan de (algoritmes) in de software van brain-computer interfaces, zouden we ons moeten richten op een goede samenwerking tussen mens en machine. In plaats van de focus op big data en betere systemen, zouden we onze tijd en energie beter kunnen besteden aan menselijke capaciteiten zoals creativiteit en empathie.

Zo blijven we ons onderscheiden van machines.

Een richtpunt is daarbij om bij het ontwerpproces vanuit menselijke waarden te redeneren. Denk hierbij bijvoorbeeld aan autonomie, duurzaamheid, vertrouwen, eerlijkheid, inclusiviteit of respect. Idealiter, volgens de methode van begeleidingsethiek, voer je het gesprek hierover met de gebruikers van de technologie. Op basis daarvan kom je tot handelingsopties voor het ontwerp van de technologie zelf, maar mogelijk ook voor de omgeving (waarin de technologie wordt gebruikt) en het gebruik zelf (bijvoorbeeld in de handleiding of training).

Conclusie

Brain-computer interface technologie maakt nu al het verschil in de levens van patiënten, zoals Hanneke de Bruijne of Robert Chmielewski. Toepassingen voor consumenten, werknemers en soldaten zijn (nu) nog minder ver. Zo merk ik dat het besturen van het NextMind apparaat toch best wel lastig is. Het is minder intuïtief dan ik dacht.

Toch neemt dat niet weg dat onze hersendata waardevolle gegevens zijn. Stel je voor dat we ooit in staat zijn om die data om te zetten naar gedachten, dromen en verlangens. Een kwaadwillend regime of een kapitalistisch bedrijf zou ik niet met die gegevens vertrouwen.

Onze voorgeschiedenis met de ontwikkeling en opkomst van het internet belooft wat dat betreft weinig goeds. Hopelijk zijn we gewaarschuwd. Het is aan bestuurders en politici, maar vooral ook aan wetenschappers en bedrijven, om op tijd maatregelen te nemen en ons als burgers, consumenten en werknemers goed te beschermen.

Bedankt voor het lezen. Hoe kijk jij naar de toekomst van brain-computer interfaces? Laat een reactie achter!