Brain-computer interfaces als naadloze verbinding tussen het brein en de digitale wereld

Het klinkt als toekomstmuziek: een brain-computer interface (BCI) die digitale systemen, in de auto of in het verzorgingstehuis, realtime aanstuurt op basis van je mentale toestand. De toepassing van deze technologie is echter dichterbij dan je denkt. Zander Labs ontwikkelt een passieve BCI die mentale toestanden registreren, buiten het lab. Onlangs ontving het een subsidie van €30 miljoen om de technologie verder te ontwikkelen. Dit is de grootste afzonderlijke subsidie voor een onderzoeksproject binnen de Europese Unie.

Er is werk aan de winkel. De komende jaren voert Zander Labs tal van testen uit in hun labs, met duizenden participanten. Het doel: AI-systemen ‘menselijker’ maken, zodat ze ons beter kunnen assisteren in tal van situaties, zoals tijdens het autorijden. CEO Jonathan Zwaan: “We laten AI-systemen leren van het menselijk brein. Op die manier creëren we slimme systemen die ons, en de wereld om ons heen, beter begrijpen.” Om dat voor elkaar te krijgen, werkt het bedrijf nu aan een plug-and-play BCI, met geïntegreerde AI die realtime hersensignalen of mentale toestand kan uitlezen. 

Zander Labs werd opgericht door wetenschapper Thorsten Zander en is inmiddels uitgegroeid tot een Duits-Nederlands bedrijf, met een hoofdkantoor nabij de campus van de TU Delft. Het deeptechbedrijf kan nu grote sprongen voorwaarts maken mede dankzij de subsidiepot van de Duitse federale organisatie Agentur für Innovation in der Cybersicherheit. “De financiering heeft ons in staat gesteld om een compleet team op te bouwen, en nieuwe kantoren en labs te openen. Zo gaan we op korte termijn de connectie tussen de mens en technologie flink verbeteren”, aldus Zwaan.

Non-invasief

Wie aan een BCI denkt, denkt al snel aan Neuralink. Toch zijn er aanzienlijke verschillen tussen de technieken die Neuralink en Zander Labs toepassen. Waar Neuralink gebruik maakt van invasieve ingrepen door elektroden in het brein te plaatsen, waarvoor er gaten worden geboord in de schedel, richt Zander Labs zich op EEG (elektro-encefalografie), waarbij elektroden op de hoofdhuid worden geplaatst om hersenactiviteit te meten. 

Door middel van EEG kan Zander Labs een breed scala aan hersensignalen volgen en bruikbare informatie extraheren over hoe mensen zich voelen en bovendien hun reacties pijlen. Zwaan legt uit: “Waar Neuralink zich richt op een actieve BCI’s, waarbij de gebruiker bewust en direct de computer aanstuurt, zoals het bewegen van een cursor, maken wij gebruik van een passieve benadering. De EEG meet onbewuste en impliciete hersensignalen, zoals gemoedstoestand, emoties en reacties, en doet dat continue. Deze gegevens worden gebruikt om een digitaal systeem, zoals een AI-agent, aan te passen aan de gebruiker, zonder dat deze daar actief sturing aan hoeft te geven.” 

Plug-and-play

Op dit moment wordt een EEG-signaal meestal gemeten in het lab, met een soort ‘badmuts’ met elektroden. Zwaan: “Wij werken nu aan een draagbare, onopvallende patch die achter het oor of op het voorhoofd kan worden geplaatst. Het uiteindelijke doel is om deze patch te integreren in brillen, headsets of andere draagbare apparaten." 

Om tot een draagbare plug-and-play oplossing te komen werkt Zander Labs in het subsidieproject onder andere nauw samen met het Fraunhofer Institute for Digital Media Technology IDMT in Oldenburg. “Samen zorgen we ervoor dat we EEG-data naar buiten het laboratorium brengen. Dit is cruciaal voor het vergroten van de toepasbaarheid van onze technologie in de echte wereld.”

Automotive en de zorg

Passieve BCI’s komen in de toekomst van pas in een breed scala aan toepassingen, zoals in de automobielindustrie. Zander Labs heeft onder meer samen met Volkswagen gewerkt aan een studie om de effectiviteit van geavanceerde EEG-headsets te beoordelen voor het verbeteren van de rijervaring. BCI’s beoordelen de staat van bestuurders, wat in de toekomst de rijervaring aanzienlijk kan verbeteren. “De auto kan bijvoorbeeld de rijmodus aanpassen op basis van de gemoedstoestand. Denk aan kalmerende muziek afspelen bij stress, of zelfs de veiligheidssystemen versterken als detecties wijzen op vermoeidheid of onoplettendheid. Zo maakt EEG autorijden veiliger, intuïtiever en persoonlijker”, aldus Zwaan. 

Ook in de gezondheidszorg zijn veel toepassingen denkbaar. “Onze technologie kan worden ingezet om AI-buddies te creëren die mensen ondersteunen in een gezonder leven en bij het verbeteren van hun welzijn. Door realtime hersensignalen te monitoren en de mentale toestand te interpreteren, kunnen robots en systemen een rol spelen bij het verminderen van stress, het ondersteunen van gezonde gewoontes zoals stoppen met roken, of het bevorderen van een gezonde werk-privébalans. Deze toepassingen laten zien hoe ons platform empathische technologie creëert die echt verbinding maakt met mensen.”

In de toekomst zullen BCI’s in vele andere sectoren van pas komen. Een slim huis past bijvoorbeeld de verlichting en temperatuur aan op basis van iemands stemming. Eveneens kan een virtuele assistent de agenda automatisch organiseren, afhankelijk van het stressniveau van de gebruiker. 

Testen, testen, en nog eens testen

Voordat Zander Labs de markt betreedt, heeft het nog een aantal hobbels te nemen. Zo moet het kalibratieproces, wat nu nog nodig is voor het meten en interpreteren van EEG-signalen, overbodig worden. Bij dit proces wordt een apparaat ingesteld en aangepast om nauwkeurig te meten. Het houdt dan rekening met de specifieke eigenschappen van een individu of omstandigheden. 

In het geval van hersenactiviteit betekent dit dat de metingen moeten worden afgestemd op de unieke hersenpatronen van een persoon. Dit is geen gemakkelijke taak, omdat iemands hersenactiviteit elke dag anders kan zijn. Daarom opende Zander Labs drie operationele laboratoria in Delft, München en Berlijn, en zit een vierde onderzoekscentrum in de pijplijn. De komende jaren wil het bedrijf zo’n 4000 deelnemers in deze labs laten testen. Elke deelnemer ondergaat drie tot vier uur durende tests, waarin verschillende mentale toestanden zoals focus, aandacht, en werkgeheugenbelasting worden gemeten. Deze tests, ontwikkeld door neuropsychologen en cognitieve psychologen, zijn cruciaal om ervoor te zorgen dat de juiste mentale toestanden geregistreerd.

“Om een universeel signaal voor mentale toestand zoals "workload" te vinden, zoeken we naar een klein, generiek patroon dat altijd en bij iedereen aanwezig is, ondanks verschillende vormen van ruis; hiervoor is veel data nodig om dit stabiele kernsignaal te isoleren. En door te werken met een brede groep deelnemers met diverse demografische achtergronden, creëren we een enorme database. Zo zorgen we ervoor dat onze technologie uiteindelijk moeiteloos en direct werkt, zonder tests voorafgaand aan gebruik”, aldus Zwaan. 

Een revolutie

Of het nu gaat om de televisie of om wifi: de introductie van nieuwe technologieën en producten gaat vaak gepaard met scepsis en soms zelfs angst. Toch zijn dergelijke baanbrekende innovaties onmisbaar geworden in ons dagelijks leven. Zwaan tot slot: “Ik ben ervan overtuigd dat we aan de vooravond staan van een vergelijkbare revolutie, waarbij BCI’s de manier waarop we met technologie omgaan compleet zal veranderen. Deze ontwikkeling zal uiteindelijk leiden tot toepassingen waarvan we de impact nu nog niet kunnen overzien.”