Met behulp hiervan herkende Gómez plafondverlichting, letters, basisvormen op papier en mensen. Ze speelde zelfs een eenvoudig Pac-Man-achtig computerspelletje dat rechtstreeks naar haar hersenen werd geleid. Vier dagen per week voor de duur van het experiment werd Gómez door haar ziende echtgenoot naar een laboratorium geleid en aangesloten op het systeem.

Gómez’s eerste moment van zicht, eind 2018, was het hoogtepunt van tientallen jaren onderzoek door Eduardo Fernandez, directeur van neuro-engineering aan de Universiteit van Miguel Hernandez, in Elche, Spanje. Zijn doel: zoveel mogelijk van de 36 miljoen blinde mensen wereldwijd die weer willen zien, hun zicht teruggeven. Fernandez’ aanpak is bijzonder opwindend omdat hij het oog en de optische zenuwen omzeilt.

Veel eerder onderzoek trachtte het gezichtsvermogen te herstellen door een kunstmatig oog of netvlies te maken. Het werkte, maar de overgrote meerderheid van blinde mensen, zoals Gómez, heeft schade aan het zenuwstelsel dat het netvlies met de achterkant van de hersenen verbindt. Een kunstoog zal hun blindheid niet oplossen. Daarom heeft het bedrijf Second Sight, dat in 2011 goedkeuring kreeg om een kunstmatig netvlies te verkopen in Europa en in 2013 in de VS voor een zeldzame ziekte genaamd retinitis pigmentosa, in 2015 twee decennia van werk verlegd van het netvlies naar de cortex. (Second Sight zegt dat iets meer dan 350 mensen zijn Argus II netvliesimplantaat gebruiken.)

Tijdens een recent bezoek dat ik bracht aan het met palmen bezaaide Elche, vertelde Fernandez me dat de vooruitgang in implantaattechnologie en een verfijnder begrip van het menselijke visuele systeem hem het vertrouwen hebben gegeven om rechtstreeks naar de hersenen te gaan. “De informatie in het zenuwstelsel is dezelfde informatie die in een elektrisch apparaat zit,” zegt hij

Het zicht herstellen door signalen rechtstreeks naar de hersenen te sturen is ambitieus. Maar de onderliggende principes worden al tientallen jaren gebruikt in menselijke-elektronische implantaten in de reguliere geneeskunde. “Op dit moment,” legt Fernandez uit, “hebben we veel elektrische apparaten die interageren met het menselijk lichaam. Een daarvan is de pacemaker. En in het zintuiglijke systeem hebben we het cochleaire implantaat.”

Dit laatste apparaat is de gehoorversie van de prothese die Fernandez voor Gómez bouwde: een extern microfoon- en verwerkingssysteem dat een digitaal signaal doorgeeft aan een implantaat in het binnenoor. De elektroden van het implantaat zenden stroomstootjes naar nabijgelegen zenuwen die door de hersenen worden geïnterpreteerd als geluid. Het cochleair implantaat, dat in 1961 voor het eerst bij een patiënt werd geplaatst, laat meer dan een half miljoen mensen over de hele wereld gesprekken voeren als een normaal onderdeel van het dagelijks leven.

“Berna was onze eerste patiënt, maar in de komende jaren zullen we bij nog vijf blinde mensen implantaten plaatsen,” zegt Fernandez, die Gómez bij haar voornaam noemt. “We hadden soortgelijke experimenten bij dieren gedaan, maar een kat of een aap kan niet verklaren wat hij ziet.”

Berna wel.

Haar experiment vergde moed. Het vereiste een hersenoperatie op een verder gezond lichaam – altijd een riskante procedure – om het implantaat te plaatsen. En weer om het zes maanden later te verwijderen, omdat de prothese niet is goedgekeurd voor gebruik op langere termijn.

Stuipen en fosfenen

Ik hoor Gómez voordat ik haar zie. Haar stem is die van een vrouw die tien jaar jonger is dan haar leeftijd. Haar woorden zijn afgemeten, haar cadans is perfect vloeiend, en haar toon is warm, zelfverzekerd en vast.

Als ik haar eindelijk in het lab zie, merk ik dat Gómez de indeling van de ruimte zo goed kent dat ze nauwelijks hulp nodig heeft om door de kleine gang en de aangrenzende kamers te navigeren. Als ik naar haar toe loop om haar te begroeten, wijst Gómez’ gezicht in eerste instantie de verkeerde kant op, totdat ik haar gedag zeg. Als ik mijn hand uitstrek om haar de hand te schudden, leidt haar man haar hand in de mijne.

Gómez is hier voor een MRI van de hersenen om te zien hoe de zaken er een half jaar na het verwijderen van haar implantaat voorstaan (ze zien er goed uit). Ze is hier ook om een potentiële tweede patient te ontmoeten die in de stad is, en in de kamer tijdens mijn bezoek. Op een bepaald moment tijdens deze ontmoeting, als Fernandez uitlegt hoe de hardware op de schedel wordt aangesloten, onderbreekt Gómez het gesprek, kantelt zich voorover en legt de hand van de potentiële patiënt op het achterhoofd, waar vroeger een metalen uitgang zat. Vandaag is er bijna geen bewijs meer van de poort. De implantatie verliep zo probleemloos, zegt ze, dat ze de volgende dag al naar het lab kwam om de stekker in het stopcontact te steken en met de experimenten te beginnen. Sindsdien heeft ze geen problemen of pijn meer gehad.

Gómez had geluk. De lange geschiedenis van experimenten die leidden tot haar succesvolle implantaat heeft een bewogen verleden. In 1929 ontdekte een Duitse neuroloog genaamd Otfrid Foerster dat hij een witte stip in het gezichtsvermogen van een patiënt kon opwekken als hij een elektrode in de visuele cortex van de hersenen stak terwijl hij een operatie uitvoerde. Hij noemde het fenomeen een fosfeen. Wetenschappers en schrijvers van science-fiction hebben sindsdien de mogelijkheid van een camera-naar-computer-naar-hersenen visuele prothese bedacht. Sommige onderzoekers bouwden zelfs rudimentaire systemen.

In het begin van de jaren 2000 werd het hypothetische werkelijkheid toen een excentrieke biomedische onderzoeker genaamd William Dobelle zo’n prothese in het hoofd van een experimentele patiënt installeerde.

In 2002 herinnerde de schrijver Steven Kotler zich met afgrijzen hoe Dobelle de elektriciteit aanzwengelde en een patiënt kronkelend in een aanval op de grond viel. De oorzaak was te veel stimulatie met te veel stroom – iets, zo blijkt, waar hersenen niet van houden. Dobelle’s patiënten hadden ook problemen met infecties. Toch bracht Dobelle zijn omvangrijke apparaat op de markt als bijna klaar voor dagelijks gebruik, compleet met een promotiefilmpje van een blinde man die langzaam en onvast rijdt op een afgesloten parkeerplaats. Toen Dobelle in 2004 overleed, stierf ook zijn prothese.

In tegenstelling tot Dobelle, die een remedie voor blinden verkondigde, zegt Fernandez bijna voortdurend dingen als: “Ik wil geen hoop wekken,” en “We hopen een systeem te hebben dat mensen kunnen gebruiken, maar op dit moment zijn we gewoon bezig met vroege experimenten.”

Maar Gómez zag wel degelijk.

Spijkerbed

Hoewel het basisidee achter Gómez’s zicht-plug een camera in een videokabel in de hersenen-is eenvoudig, de details zijn dat niet. Fernandez en zijn team moesten eerst het cameragedeelte uitdokteren. Wat voor signaal produceert een menselijk netvlies? Om deze vraag te proberen te beantwoorden, neemt Fernandez menselijke netvliezen van mensen die onlangs zijn overleden, haakt de netvliezen aan elektroden, stelt ze bloot aan licht en meet wat de elektroden raakt. (Zijn laboratorium heeft een nauwe band met het plaatselijke ziekenhuis, dat soms midden in de nacht belt wanneer een orgaandonor overlijdt. Een menselijk netvlies kan maar ongeveer zeven uur in leven worden gehouden). Zijn team gebruikt ook machinaal leren om de elektrische output van het netvlies af te stemmen op eenvoudige visuele inputs, wat hen helpt software te schrijven om het proces automatisch na te bootsen.

De volgende stap is het nemen van dit signaal en het afleveren aan de hersenen. In de prothese die Fernandez voor Gómez bouwde, loopt een bekabelde verbinding naar een algemeen neuro-implantaat dat bekend staat als een Utah-array, die net iets kleiner is dan het verhoogde uiteinde aan de positieve kant van een AAA-batterij. Uit het implantaat steken 100 kleine elektrode-puntjes, elk ongeveer een millimeter groot – samen lijken ze op een miniatuur spijkerbed. Elke elektrode kan een stroom leveren aan één tot vier neuronen. Wanneer het implantaat wordt ingebracht, doorboren de elektroden het hersenoppervlak; wanneer het wordt verwijderd, vormen zich 100 minuscule bloeddruppeltjes in de gaatjes.

Fernandez moest één elektrode per keer kalibreren en steeds sterkere stroomstoten sturen tot Gómez merkte wanneer en waar ze een fosfeen zag. Het kostte meer dan een maand om alle 100 elektroden in te stellen.

“Het voordeel van onze aanpak is dat de elektroden van de array in de hersenen uitsteken en dicht bij de neuronen zitten,” zegt Fernandez. Hierdoor kan het implantaat zicht produceren met een veel lagere elektrische stroom dan nodig was in het systeem van Dobelle, wat het risico op aanvallen sterk vermindert.

Het grote nadeel van de prothese – en de belangrijkste reden waarom Gómez de hare niet langer dan zes maanden kon houden – is dat niemand weet hoe lang de elektroden kunnen meegaan zonder ofwel het implantaat of de hersenen van de gebruiker te degraderen. “Het immuunsysteem van het lichaam begint de elektroden af te breken en omringt ze met littekenweefsel, wat uiteindelijk het signaal verzwakt,” zegt Fernandez. Er is ook het probleem dat de elektroden buigen als iemand beweegt. Afgaande op onderzoek bij dieren en een eerste blik op de array die Gómez gebruikte, veronderstelt hij dat de huidige opstelling twee tot drie jaar mee kan gaan, en misschien wel tien jaar voordat hij het begeeft. Fernandez hoopt dat een paar kleine aanpassingen dat zullen verlengen tot een paar decennia-een kritische voorwaarde voor een stuk van de medische hardware die invasieve hersenchirurgie vereist.

Uiteindelijk zal de prothese, net als een cochleair implantaat, moeten zenden zijn signaal en stroom draadloos door de schedel om de elektroden te bereiken. Maar vooralsnog heeft zijn team de prothese voor experimenten bekabeld gelaten – dat biedt de meeste flexibiliteit om de hardware te blijven bijwerken voordat men zich op een ontwerp vastlegt.

Op 10 pixels bij 10 pixels, wat ruwweg de maximale potentiële resolutie is die Gómez’s implantaat zou kunnen weergeven, kan men basisvormen waarnemen zoals letters, een deurkozijn of een stoep. Maar de contouren van een gezicht, laat staan van een persoon, zijn veel gecompliceerder. Daarom heeft Fernandez zijn systeem uitgebreid met beeldherkenningssoftware om een persoon in een kamer te identificeren en een patroon van fosfenen naar Gómez’ hersenen te stralen dat zij heeft leren herkennen.

Op 25 bij 25 pixels, schrijft Fernandez in een dia die hij graag presenteert, “is visie mogelijk.” En omdat de Utah-array in zijn huidige vorm zo klein is en zo weinig stroom nodig heeft om te draaien, zegt Fernandez dat er geen technische reden is waarom zijn team er niet vier tot zes aan elke kant van de hersenen zou kunnen installeren, die visie bieden bij 60 x 60 pixels of hoger. Toch weet niemand hoeveel input het menselijk brein van dergelijke apparaten kan verwerken zonder overweldigd te raken en het equivalent van tv-sneeuw weer te geven.

Zo ziet het eruit

Gómez vertelde me dat ze het implantaat geïnstalleerd zou hebben gehouden als ze de keuze had gehad en dat ze de eerste in de rij zal zijn als er een bijgewerkte versie beschikbaar komt. Als Fernandez klaar is met het analyseren van haar array, is Gómez van plan om het in te lijsten en aan de muur van haar woonkamer te hangen.

Terug in het lab van Fernandez biedt hij aan om me aan te sluiten op een niet-invasief apparaat dat hij gebruikt om patiënten te screenen.

Zittend in dezelfde leren stoel die Gómez vorig jaar tijdens het doorbraakexperiment bezette, wacht ik terwijl een neuroloog een staf met twee ringen tegen de zijkant van mijn hoofd houdt. Het apparaat, een vlinderspoel genaamd, is verbonden met een kastje dat neuronen in de hersenen opwekt met een krachtige elektromagnetische puls – een fenomeen dat transcraniële magnetische stimulatie wordt genoemd. De eerste schok voelt aan alsof iemand mijn hoofdhuid een schok geeft. Mijn vingers krullen onwillekeurig in mijn handpalmen. “Kijk, het werkte!” zegt Fernandez, grinnikend. “Dat was je motorische cortex. Nu zullen we proberen je wat fosfenen te geven.”

De neuroloog verplaatst de staf en stelt het apparaat in voor een snelle reeks pulsen. Deze keer als ze vuurt, voel ik een intense zzp-zzp-zzp, alsof iemand de achterkant van mijn schedel als deurklopper gebruikt. Dan, ook al zijn mijn ogen wijd open, zie ik iets: een heldere horizontale lijn flitst over het midden van mijn gezichtsveld, samen met twee glinsterende driehoeken gevuld met wat lijkt op TV-sneeuw. Het visioen verdwijnt net zo snel als het kwam, en laat een kort nagloeien achter.

“Dit lijkt op wat Berna kon zien,” zegt Fernandez. Behalve dat haar ‘zicht’ van de wereld stabiel was zolang het signaal werd doorgegeven aan haar hersenen. Ze kon ook haar hoofd draaien en, met haar bril op, in de kamer rondkijken. Wat ik had gezien waren slechts interne fantomen van een elektrisch opgewonden brein. Voor het eerst in 16 jaar kon Gómez de wereld aanraken waar ze naar keek.