Functionaliteit van een geïmplanteerde hersen-computerinterface ’s nachts bij vergevorderde amyotrofische laterale sclerose

Waarom ’s nachts gehoord worden ertoe doet

Voor mensen die vrijwel volledig verlamd maar mentaal alert zijn, is het vermogen om om hulp te roepen een kwestie van comfort, waardigheid en soms van overleven. Hersen–computerinterfaces (BCI’s) die signalen rechtstreeks uit de hersenen lezen, komen naar voren als krachtige communicatiemiddelen voor zulke personen. Toch richt het meeste onderzoek zich op gebruik overdag, terwijl de behoeften niet ophouden als het licht uitgaat. Deze studie volgt een vrouw met vergevorderde amyotrofische laterale sclerose (ALS) die thuis een geïmplanteerde BCI gebruikte, en stelt een eenvoudige maar cruciale vraag: kan dit soort systeem betrouwbaar werken terwijl zij slaapt, zodat ze te allen tijde een verzorger kan oproepen?

Van gedachte naar hulpoproep

De deelnemer in deze studie kon haar ledematen niet meer bewegen of spreken, maar bleef volledig bij bewustzijn. Chirurgen plaatsten dunne elektrodestrips op het oppervlak van haar hersenen boven het gebied dat normaal gesproken de handbeweging bestuurt. Wanneer ze probeerde haar vingers te tikken, detecteerde de BCI korte uitbarstingen van activiteit op deze elektrodes en zette die om in eenvoudige computercommando’s, zoals muisklikken. Een tweede algoritme zocht naar langere activiteitspiekjes om een ‘escape’-actie te activeren, waarmee snel een verzorger kon worden opgeroepen of het communicatiesysteem uit de slaapstand kon worden gewekt. Jarenlang thuisgebruik gaf haar op die manier overdag een betrouwbare manier om te communiceren en om om hulp te vragen.

Wat er ’s nachts in de hersenen verandert

Om te begrijpen of dezelfde opstelling tijdens de slaap zou werken, vergeleken de onderzoekers hersensignalen die over vele maanden overdag en ’s nachts werden opgenomen. Ze concentreerden zich op twee banden van hersenactiviteit: langzamere ritmes en snellere, hoogfrequente activiteit, beide veelgebruikt om BCI’s aan te sturen. Ze vonden dat zowel de gemiddelde sterkte als de moment-tot-momentvariabiliteit van deze signalen ’s nachts hoger waren dan overdag. Met andere woorden: de geïmplanteerde elektrodes pikten een ‘harder’ en meer fluctuerend achtergrondpatroon op terwijl de deelnemer rustte of sliep dan wanneer ze wakker was en het systeem gebruikte. Deze verschillen weerspiegelen waarschijnlijk natuurlijke slaapgerelateerde veranderingen in hersenactiviteit, maar ze vormen een probleem voor apparaten die kalmere, dagachtige signalen verwachten.

Daginstellingen falen na donker

Het team vroeg zich vervolgens af wat er zou gebeuren als ze eenvoudigweg de succesvolle dagtijd-decoderingen ’s nachts hergebruikten. Ze namen opnamen van nachten waarin de deelnemer de BCI niet probeerde te gebruiken en draaiden de dagalgoritmen op deze gegevens. Elke gedetecteerde opdracht in deze tests was per definitie ongewenst. Het resultaat was alarmerend: gemiddeld zou het systeem honderden valse klikken en meer dan een dozijn ongewenste oproepen aan verzorgers per uur hebben geproduceerd. Elke afzonderlijke nacht in deze testset bevatte fouten. Dit betekende dat het laten draaien van de standaard BCI ’s nachts bijna voortdurend ongewenste activaties zou veroorzaken—zowel de gebruiker als verzorgers zou wekken en het systeem onbruikbaar maken voor echt nachtelijk gebruik.

Een aangepaste nachtmodus die anders luistert

Om dit op te lossen ontwierpen de onderzoekers samen met de deelnemer een speciale nachtmodus die luisterde naar een zeer kenmerkend patroon in haar hersensignalen in plaats van de korte veranderingen die overdag werden gebruikt. Ze synchroniseerde haar mentale inspanning met het ritme van haar beademingsapparaat, dat op een gelijkmatig tempo ademhalingen gaf. Tijdens de ene ademcyclus probeerde ze haar hand te bewegen; tijdens de volgende ontspande ze. Dit afwisselende patroon produceerde na elke inspanning een herhaalde stijging in het langzamere hersenritme, waardoor een reeks ‘bulten’ in het signaal ontstond. Het nachtmodus-algoritme zocht naar meerdere van deze correct getimede bulten op rij, binnen een specifiek tijdvenster. Alleen wanneer de volledige sequentie verscheen, schakelde het systeem in en kon ze met de reguliere BCI-commando’s een verzorger oproepen. Dit veeleisende patroon was uiterst onwaarschijnlijk om per toeval tijdens de slaap voor te komen.

Leven met de nachtmodus over tijd

De deelnemer gebruikte deze nachtmodus thuis gedurende ongeveer anderhalf jaar, verspreid over bijna 500 nachten. Voor 337 van die nachten hielden verzorgers zorgvuldig bij hoe goed het werkte. In ongeveer vier van de vijf geregistreerde nachten traden helemaal geen fouten op: geen gemiste pogingen om te bellen en geen ongewenste activaties. In ongeveer een derde van de nachten probeerde ze niemand te bellen en bleef het systeem stil, zoals gewenst. In meer dan de helft van de nachten belde ze met succes een verzorger, meestal een paar keer, voor behoeften zoals het zuigen van haar longen of het toedienen van medicatie. Valse alarmen waren zeldzaam en deden zich voor ongeveer eens in de twaalf nachten voor. Naarmate haar ziekte vorderde en de algehele BCI-prestaties achteruitgingen, werd de nachtmodus uiteindelijk minder betrouwbaar en besloten het team en de familie ermee te stoppen.

Wat dit betekent voor zorg rond de klok

Deze studie toont aan dat hersensignalen die voor communicatie worden gebruikt duidelijk kunnen veranderen tussen dag en nacht, genoeg om een goed afgestelde dag-BCI na donker in een bron van constante valse alarmen te veranderen. Ze laat ook zien dat met zorgvuldige ontwerpeisen en nauwe samenwerking met de gebruiker een speciale nachtmodus veilig en betrouwbaar thuis kan functioneren gedurende lange periodes. Voor toekomstige hersen–computerinterfaces om echt levensveranderend te zijn, zullen ze zich moeten aanpassen aan dagelijkse ritmes en slaap, zodat mensen die ervan afhankelijk zijn niet alleen met hun gedachten kunnen spreken—maar ook veilig kunnen slapen in de wetenschap dat ze te allen tijde gehoord kunnen worden wanneer ze hulp nodig hebben.

Bronvermelding: Leinders, S., Aarnoutse, E.J., Branco, M.P. et al. Implanted brain-computer interface functionality during nighttime in late-stage amyotrophic lateral sclerosis. Sci Rep 16, 14001 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44228-7

Trefwoorden: hersen-computerinterface, amyotrofische laterale sclerose, locked-in syndroom, ondersteunende communicatie, slaap en circadiane ritmes