neurologie

Voor wijlen Stephen Hawking was de langzame manier waarop zijn communicatiesapparaat woorden produceerde, een voortdurende frustratie.

Gedachtenlezen: tekst schrijven met gedachten nu mogelijk

1 reactie / geneeskunde, Ideeën en techniek, Visionaire vragen, Wetenschap / Door / 4 april 2018

Gedachtenlezen is nu een feit. Na jarenlang onderzoek is een team onderzoekers er in geslaagd om op basis van hersengolven, geschreven tekst te genereren. Kan straks iedereen een boek bij elkaar denken, of gaan geheime diensten misbruik maken van deze techniek?

Onze hersenen produceren een patroon van hersengolven, zeer zwakke elektromagnetische velden die met een elektroencefalometer zijn te meten. Iedere gedachte heeft een uniek patroon. Al in 2011 zijn onderzoekers er in geslaagd om dromen uit te lezen. Dit deelden ze door proefpersonen beelden te tonen en de hersengolfpatronen die optraden, op te slaan. Als dezelfde hersengolfpatronen tijdens de droom optraden, wisten de onderzoekers dat deze beelden deel uitmaakten van de droom. Nu heeft een andere groep een vergelijjkbare techniek toegepast.

Fonemen herkennen
Alle taal bestaat uit klanken, fonemen. Dit zijn klinkers en medeklinkers. Wij gebruiken het Latijnse alfabet om deze fonemen weer te geven. Het Latijnse alfabet is minder geschikt om bijvoorbeeld toontalen (Chinees, Vietnamees, Igbo) en kliktalen (Xhosa, Khoisantalen) weer te geven. Belangrijk is dat we denken in klanken. Denk je aan het woord ‘panorama’, dan hoor je als het ware dit woord in je hoofd. Of je ziet de letters. Ook dit levert een bepaald hersengolfpatroon op. Dit hersengolfpatroon kan uitgelezen worden. Weliswaar zijn onze hersenen qua structuur van mens tot mens grotendeels gelijk, de manier waarop we engrammen coderen verschilt van mens tot mens. Dat betekent dat als we denken aan een bepaald patroon, bijn ieder mens andere hersengolven ontstaan. Het gedachtenlezen moet dus per mens individueel getraind worden. Gelukkig is het aantal fonemen maar beperkt. Alle klanken in het Nederlands kunnen bijvoorbeeld beschreven worden door ongeveer veertig fonemen. Dat wil zeggen, dat je een dergelijk systeem zou kunnen trainen door veertig groepen hersengolven te kunnen onderscheiden. In het Engels, waarin dit onderzoek is verricht, zijn er een vergelijkbaar aantal klanken.

Voor wijlen Stephen Hawking was de langzame manier waarop zijn communicatiesapparaat woorden produceerde, een voortdurende frustratie.
Voor wijlen Stephen Hawking was de langzame manier waarop zijn communicatieapparaat woorden produceerde, een voortdurende frustratie. Bron: Wikimedia Commons

Negentig procent betrouwbaarheid bij gedachtenlezen
In de proef lazen de proefpersonen tien korte zinnen in hun gedachten voor. Hun hersengolven werden hierbij geregistreerd. In de proefopstelling slaagden de onderzoekers erin om in een sample van tien korte Engelse zinnen, real time, negentig procent van de ‘gedachten-fonemen’ te herkennen. Dit lukte na slechts zeven minuten training met behulp van een neuraal netwerk en een zware nieuwe Linux-gebaseerde pc. Hiervoor gebruikten ze het open source scikit-learn softwarepakket (geschreven in de taal Python), dat de opgeslagen hersengolfpatronen leerde associëren met de fonemen. Vanzelfsprekend is het relatief eenvoudig om tien zinnen van elkaar te onderscheiden. De techniek wordt pas echt interessant, als ook individuele fonemen nauwkeurig van elkaar kunnen worden onderscheiden. Dan zou ik dit artikel kunnen schrijven op denksnelheid, wat ongeveer tien keer zo snel is als mijn typesnelheid.

Redding voor verlamde patiënten
Wijlen Stephen Hawking, maar ook duizenden anderen, konden, resp. kunnen alleen communiceren door hun ogen te bewegen. Zou er een apparaat bestaan om hun hersengolven om te zetten in gesproken en geschreven tekst, dan zou dat hun isolement doorbreken. Ze zouden dan kunnen spreken en typen. In verbeterde versies kan zelfs de intonatie van de stem worden gestuurd door hersengolven. Ze zouden hun exoskelet kunnen bedienen met hun hersenen.

Drager van een aluhoedje. Na deze ontdekking worden deze waarschijnlijk een stuk populairder. Bron: Wikimedia Commons
Drager van een aluhoedje. Na deze ontdekking worden deze waarschijnlijk een stuk populairder. Bron: Wikimedia Commons

Gevaren aan gedachtenlezen
Helaas zitten er ook gevaren aan deze techniek. Die Gedanken sind frei, is een bekend Duits spreekwoord. Dat gaat nu binnen tien jaar totaal veranderen. Als geheime diensten er in slagen om deze techniek zo te verbeteren dat ze de gedachten van gevangenen kunnen lezen, verschaft dat dictatoriale regimes – in de praktijk zijn dat vrijwel alle overheden – een huiveringwekkende macht. Vanuit een futurologisch perspectief zijn onze computers op dit moment nog hopeloos primitief. Rond 2029 kan je voor duizend euro evenveel rekencapaciteit kopen als de ‘raw power’ van het menselijk brein. Computers zijn dan ongeveer duizend maal zo snel als nu, als de Wet van Moore doorzet.

Hersengolven van voldoend nauwkeurige kwaliteit kunnen nu alleen worden opgevangen door gevoelige elektroden die middels een operatie onder de schedel worden aangebracht, zoals bij de twee epilepsiepatiënten die als vrijwilligers deelnamen aan deze proef. Uiteraard draait een beetje akelig regime zijn hand niet om voor een dergelijke ingreep. Door (nog niet bestaande) kamertemperatuur SQUIDs of dergelijke extreem gevoelige meetapparatuur te gebruiken, zouden hersengolven ook op grotere afstand afleesbaar kunnen worden. Verstop een EEG-meter in een budget VR-helm en laat tijdens de intro van een gratis meegeleverde VR game testzinnen horen en voilà. Gedachtenlezen wordt dan een eitje. Zijn dragers van aluhoedjes dan toch niet zo gek als we denken? Interessante tijden…

Bron
David Al. Moses et al., Real-time classification of auditory sentences using evoked cortical activity in humans, DOI: 10.1088/1741-2552/aaab6f, Journal of Neural Engineering, 2018

 

Hillary Clinton is politiek gezien de meest mainstream kandidaat, dus kan zowel linkse als rechtse kiezers aanspreken.

Neuropolitiek: hoe onze hersenen ons stemgedrag bepalen

7 reacties / Analyses, Ideeën, Social Engineering / Door / 6 april 2016

Links en rechts komen overeen met bepaalde menstypen, waarvan de hersenen op een verschillende wijze werken. Wat voor gevolgen heeft dat op stemgedrag, en hoe kunnen politici deze verschillen uitbuiten?

Bernie Sanders, door zijn vriendelijke opa-imago een populaire kandidaat onder linkse Amerikanen.
Bernie Sanders, door zijn vriendelijke opa-imago een populaire kandidaat onder linkse Amerikanen.

Het verschil tussen links en rechts
Al langer is bij politieke strategen bekend dat een overstap van een ‘linkse’ naar een ‘rechtse’ partij relatief zelden voorkomt. Kiezers stappen veel vaker over van de ene naar de andere ‘linkse’ partij of naar een centrumpartij. Uit recent wetenschappelijk onderzoek, waarbij hersenscans zijn uitgevoerd bij proefpersonen die ook hun politieke voorkeuren duidelijk maakten, blijkt dat dit een neurologische oorzaak heeft. De geboorte van de neuropolitiek. Er zijn duidelijke hersenverschillen tussen liberalen en conservatief stemmende mensen.  In de Verenigde Staten is de onderverdeling tussen liberaal en conservatief in deze tijd redelijk nauwkeurig weerspiegeld in Democraten en Republikeinen. In het verleden was dit niet per definitie zo (tot in de jaren zeventig stemden blanke zuiderlingen massaal Democratisch, omdat de Republikeinse partij die van de gehate Unionisten was in de Amerikaanse Burgeroorlog).

Hoe trek je linkse stemmen?

Hillary Clinton is politiek gezien de meest mainstream kandidaat, dus kan zowel linkse als rechtse kiezers aanspreken.
Hillary Clinton is politiek gezien de meest mainstream kandidaat, dus kan zowel linkse als rechtse kiezers aanspreken.

Linkse kiezers zijn erg gevoelig. Ze worden sterk aangesproken door solidariteit en dingen uitpraten. Een populaire linkse leider moet niet op zijn mondje gevallen zijn. Gevoel en respect zijn voor de linkse stemmer erg belangrijk. Een bezoekje aan een peutercrèche en knuffelen van baby’s en jonge dieren is voor de president in spe dan ook absoluut een must. Hij moet verbinden en vrede stichten.  Wil je een politieke tegenstander zwart maken bij de linkse kiezer, leg dan de nadruk op zijn hardvochtigheid en grofheid. Of bekrompenheid, want linkse kiezers zijn optimistischer dan gemiddeld. Met een optimistische toekomstvisie scoor je bij linkse kiezers goed. Zorg dus dat die de hoofdmoot van je boodschap wordt en blijft.
Bagatelliseer ‘rechtse’ thema’s met een wollig verhaal, of benadruk linkse oorzaken of oplossingen, zoals begrip, herverdeling en dergelijke.

En  hoe trek je rechtse stemmen?
Rechtse kiezers willen als leider een wilskrachtige, dominante man (of mannelijke vrouw) waar ze van op aan kunnen. Denk Poetin, met zijn stoere fotoshoots op safari.
Rechtse kiezers worden aangetrokken door een helder verhaal waarvan ze de logica eenvoudig kunnen inzien.
Angstzaaien is essentieel. Door hun overontwikkelde amygdala zijn rechtse stemmers extreem gevoelig voor gevaren. Uit psychologisch onderzoek blijkt ook, dat rechts erg agressief reageert op boze gezichtsuitdrukkingen. Wil je een politieke tegenstander zwart maken bij de rechtse kiezer, let er dan op dat deze een kwade, bedreigende gezichtsuitdrukking heeft, het liefst met een donkere achtergrond. Oplossingen waarbij geweld een belangrijke rol speelt, zoals het inzetten van het leger of politie, spreken de rechtse kiezer ook erg aan. Rechtse kiezers worden uitermate aangetrokken door verre, nieuwe horizonten, zoals vroeger het Wilde Westen en nu de rest van het zonnestelsel. Wat dat laatste betreft is ondergetekende extreem rechts.
Op de verkiezingsdag kunnen nog enkele trucs uit de kast worden gehaald om stemmers rechts te laten stemmen. Een verrassende: deel schoonmaakdoekjes uit bij het stemlokaal. Verder: regel een bron van stress, bijvoorbeeld door tijdsdruk in te bouwen, of een false flag aanval, zie later. Of zaai verwarring: als mensen de situatie niet meer overzien, stemmen ze conservatief. Sterke drank ronddelen helpt ook: dronken kiezers stemmen conservatiever. Het effectiefste is om vlak voor de verkiezingsdag een terroristische aanslag te plegen of op een andere manier angst aan te jagen. Laat bijvoorbeeld wat hooligans of vrouwen in burqa posten bij de stemlokalen.

Door zijn beschaafde optreden, wat veel linkse kiezers aanspreekt, lijkt Ted Cruz gematigd. Schijn bedriegt: hij is veel rechtser dan Donald Trump.
Door zijn beschaafde optreden, wat veel linkse kiezers aanspreekt, lijkt Ted Cruz gematigd. Schijn bedriegt: hij is veel rechtser dan de ruwe, maar pragmatische Donald Trump.

Hoe kan je op listige wijze zowel linkse als rechtse kiezers trekken?
Links en rechts hebben beide ongeveer evenveel aanhang. Er zijn landen, zoals de Verenigde Staten, waar rechts in de meerderheid is en landen, zoals die in Latijns Amerika, waar juist links hogere ogen gooit. Als je de verkiezingen wil winnen, moet je er voor zorgen dat je zowel de linkse als rechtse kiezer aanspreekt, zonder dat je de andere groep teveel afstoot.

Het belangrijkste is duidelijk leiderschap en autoriteit uitstralen, op een milde, verbindende manier. Dit spreekt beide groepen kiezers aan. Laat de nodige mooie vrouwen rondlopen op de campagnebijeenkomsten. Dat maakt indruk op rechtse kiezers zonder dat het linkse kiezers afstoot, als je het er niet te dik bovenop legt (zoals presidentskandidaat Donald Trump doet). Als ‘family man’ spreek je het gevoel van de linkse kiezer aan en de behoefte aan veiligheid van de rechtse kiezer. Laat dus vrouw en kinderen vaak opdraven. Voor vrouwelijke presidentskandidaten, zoals Hillary Clinton, verzwakt dat juist de kansen: door conservatieve kiezers wordt ze dan als ontaarde moeder gezien.

De hippocampus, zoals getekend door de negentiende-eeuwse bioloog Golgi. Bron: Wikimedia Commons.

Experimenten op mensen met geheugenchip begonnen

1 reactie / biologie, geneeskunde, Techniek, Visionaire projecten, Wetenschap / Door / 16 november 2015

Na geslaagde experimenten op muizen en apen, experimenteert de universiteit van Zuid Californië UCLA nu op mensen met een chip, die herinneringen vastlegt.

Geheugenproblemen
Honderden miljoenen mensen lijden aan geheugenproblemen. Ook voor mensen met een ‘normaal’ geheugen, zou een hardware uitbreiding die herinneren makkelijker maakt, zeer welkom zijn. Om maar niet te spreken van de mogelijkheden om herinneringen in de cloud of in een flash memory op te slaan. Je zou zo in een fractie van een seconde een nieuwe taal kunnen leren, of een ander vak. Kortom: best belangrijk.

Memory access
DARPA, het onderzoeksinstituut van het Amerikaanse leger (op zich reden om extra goed op te letten), betaalt Theodore Berger, een gepromoveerd biomedisch ingenieur aan UCLA, om baanbrekend onderzoek te doen naar de mogelijkheden om herinneringen in te lezen en vast te leggen. Kortom: read en write-access tot ons geheugen.

Hippocampus
Dit is op het eerste gezicht extreem lastig. Onze hersenen zijn radicaal anders van structuur dan de Neumann-architectuur gebaseerde computers van nu. In ons brein zit geen processor, maar rond de honderd miljard neuronen, hersencellen die onderling verbonden zijn met dendrieten (de input) en een axon (de outputkabel). Toch lijkt het Berger nu gelukt te zijn, dit na 35 jaar noeste arbeid. Hiervoor kraakte hij de code van de ‘microcontroller’ van het brein dat korte-termijn herinneringen naar het lange-termijn geheugen overplaatst: de hippocampus. Deze ligt diep onder de hersenschors, tegen het limbische systeem aan.

De hippocampus, zoals getekend door de negentiende-eeuwse bioloog Golgi. Bron: Wikimedia Commons.
De hippocampus, zoals getekend door de negentiende-eeuwse bioloog Golgi. Bron: Wikimedia Commons.

De hippocampus krijgt in het gebied CA3 prikkels binnen, die in de hippocampus worden bewerkt en via het gebied CA1 worden verstuurd naar de geheugenopslag: de cortex (hersenschors).

Als je in staat zou zijn de functie van de hippocampus te kraken, zou je naar believen dingen kunnen onthouden, uiteraard met de beperkingen van de (vrij langzame) biologische hardware van het brein.

Herinnering opgeslagen op chip
Dit laatste heeft Berger nu voor elkaar gekregen. Hiervoor ging hij uit van de stelling, dat herinneringen bestaan uit series elektrische pulsen. Zo communiceren neuronen namelijk met elkaar. Hij stelde ratten bloot aan de bekende hefboom met beloning en luisterde de neuronen van hun hippocampus af. Hij sloeg de CA1-signalen, de output, op in een chip. Vervolgens kreeg het proefdier een middel waardoor de lange-termijn geheugenopslag wordt geremd. De rat wist hierdoor niet meer dat het overhalen van de hendel een beloning betekende. Nadat de opgeslagen reeks prikkels weer door werd gegeven aan gebied CA1, herkreeg de rat de herinnering. Voor het eerst in de geschiedenis is het hierdoor gelukt om een herinnering (bij ratten althans) digitaal op te slaan en weer terug te halen [1]. Hierbij moet je dan wel bedenken dat herinneringen nog een vervolgbewerking ondergaan in de cortex en soms pas na jaren definitief als lange-termijn herinnering worden opgeslagen. Voor het middellange-termijn geheugen werktndere het principe goed.

Apen en mensen
De vervolgstap die het team nam was het opslaan van beelden bij dieren met een ingewikkelder brein: apen. Beelden worden bij apen en dus ook mensen verwerkt in de prefrontale cortex. Ook hier werd gemeten wat het verband was tussen CA3-input en CA1-output. Na enige wiskundige bewerkingen slaagde het team erin om in 80% van de gevallen een juiste voorspelling te doen van hoe de CA1-output er uit zou komen te zien. Met andere woorden: hun apparaat kan de hippocampus bijna geheel vervangen. Wat ook bleek: het team slaagde erin om een uitgeschakelde hippocampus te vervangen en herinneringen vast te leggen. Apen met geheugenstoornissen bleken hiervan genezen te kunnen worden door het implantaat.[2].

Ethische kanten
De volgende stap, in 2014, werd genomen in samenwerking met twaalf menselijke vrijwilligers. Gezien de gevaren van hersenoperaties kozen de onderzoekers voor epilepsiepatiënten, die al over elektroden in het brein beschikken. Epilepsie wordt gekenmerkt door ongecontroleerde explosies van vurende neuronen. Bij de groep vrijwilligers tastte de ziekte hun hippocampus aan. Ook hier werd dezelfde strategie toegepast. Over de voorlopige resultaten doet de groep geen mededelingen, maar er lijkt sprake te zijn van een positief resultaat wat betreft het vormen van herinneringen[3]. Dit zou erg groot nieuws zijn. Dan zijn we namelijk op de goede weg wat betreft het behandelen van ziekten als Alzheimer en andere geheugenstoornissen. Er is ook een keerzijde aan deze techniek. Hiermee kan je namelijk valse herinneringen implanteren. Gelukkig lijkt Berger dit zeer goed te beseffen[4] en kiest daarom bewust voor een prothese die alleen de patiënt helpt herinneringen beter op te slaan. Niet om door iemand anders herinneringen naar keuze te implanteren. In Bergers woorden, “I mean, that has a creep factor of about, on a scale from 1-10 it’s about a 12.”. Enter Manchurian Candidate e.d.

Bronnen
1. Berger TW, Hampson RE, Song D, Goonawardena A, Marmarelis VZ, Deadwyler SA. A cortical neural prosthesis for restoring and enhancing memory. Journal of neural engineering. 2011;8(4):046017. doi:10.1088/1741-2560/8/4/046017.
2. Hampson RE, Gerhardt GA, Marmarelis V, Song D, Opris I, Santos L, Berger TW, Deadwyler SA., Facilitation and restoration of cognitive function in primate prefrontal cortex by a neuroprosthesis that utilizes minicolumn-specific neural firing.J Neural Eng. 2012 Oct;9(5):056012. Epub 2012 Sep 13.
3. Brain implant could help people with memory loss, Alzheimer News, 2015
4. Lezing Theodore Berger op Global Future 2045 Congress, 2015

De verminking van een enzym maakte muizen geniaal. Zou dit bij mensen ook kunnen werken?

Genetisch gemanipuleerde superslimme muis ontwikkeld

5 reacties / Ideeën / Door / 16 augustus 2015

De natte droom van nazi’s en andere rasverbeteraars is eindelijk realiteit geworden. Althans, van muizen is er nu een hyperintelligent superras gecreëerd. Kan het afremmen van fosfodiesterase-4B (PDE4B) in het menselijk brein hersenziekten zoals Alzheimer stoppen?

Remmen enzym PDE4B verbetert werking brein
Een internationaal team onderzoekers onder leiding van  Alexander McGirr verminkte het gen in muizen dat het enzym  fosfodiesterase-4B (PDE4B) produceert. Het verminkte enzym is veel minder actief, waardoor er minder van de stof cyclo-adenosinemonofosfaat (cAMP) afgebroken wordt. cAMP werkt onder meer op het zenuwstelsel.

Door het verminken van het enzym, werden de genetisch gemanipuleerde muizen beter in dingen onthouden, onthielden ze gebeurtenissen langer en konden ze complexere taken uitvoeren. Precies die dingen, die misgaan bij Alzheimerpatiënten. Kortom: het uitschakelen van dit enzym zou wel eens erg gunstig uit kunnen pakken voor deze patiënten.

De verminking van een enzym maakte muizen geniaal. Zou dit bij mensen ook kunnen werken?
De verminking van een enzym maakte muizen geniaal. Zou dit bij mensen ook kunnen werken?

De auteurs willen nu in vervolgonderzoek medicijnen ontwikkelen, die specifiek dit enzym remmen en deze uittesten op muizen en daarna mensen.

Kunnen we deze kennis ook bij mensen toepassen?
Er zijn twee overwegingen bij het toepassen van deze kennis op mensen.
Ten eerste is er een behoorlijk verschil tussen het muizenbrein en het mensenbrein. Het brein van een muis is ongeveer zo groot als een erwt en kent nauwelijks hersenschors. Dat van ons is anderhalve liter groot en heeft heel veel hersenschors.
Ten tweede is cAMP, de stof waarvan er meer komt door het uitschakelen van het enzym, erg belangrijk in het lichaam. In grote lijnen stimuleert het de stofwisseling. cAMP grijpt op tientallen punten in. Het is niet erg verstandig hiermee zonder meer te gaan knoeien, want volgens sommige onderzoeken zou een hoge activiteit van cAMP kanker kunnen veroorzaken. [2] Muizen leven kort, tussen de twee en drie jaar. Voor mensen is dit kankerrisico veel groter dan voor muizen.

Niettemin zijn dementie en dergelijke ziekten zo ernstig, dat artsen de bijwerkingen voor lief nemen. Kanker is meestal ook een chronische ziekte die vrij traag ontstaat. Bij oude mensen is dit dus minder een issue: die zijn al overleden als de kanker toeslaat. Hier zou deze behandeltechniek levensreddend kunnen worden. Kortom: toch per saldo een veelbelovende ontwikkeling.

Bronnen
1. Alexander McGirr et al., Specific Inhibition of Phosphodiesterase-4B Results in Anxiolysis and Facilitates Memory Acquisition, Nature Neuropsychopharmacology, 2015
2. Richard Marais et al., In Melanoma, RAS Mutations Are Accompanied by Switching Signaling from BRAF to CRAF and Disrupted Cyclic AMP Signaling, Cancer Research, 2006

Kunnen we een Gestalt brein bouwen door hersenen aan elkaar te koppelen? Bij ratten is het gelukt. Bron: lanakiv.wordpress.com

Vier rattenbreinen vormen Gestalt-brein

2 reacties / Ideeën, Ideeën en techniek, Mensheid / Door / 13 juli 2015

In science fiction heten breinen die aan elkaar gekoppeld worden en een superbrein vormen, een Gestalt-brein. Precies dat is nu gelukt met rattenbreinen. Zou dat ook met menselijke breinen kunnen?

Ons brein, een enorm neuraal netwerk
Ons brein vormt, net als het brein van ratten, octopussen en andere dieren met een centraal zenuwstelsel, een neuraal netwerk. Zenuwcellen, meer precies: neuronen, vormen korte uitlopers, dendrieten, en lange uitlopers, axonen. De dendrieten krijgen elektrische impulsen binnen en verwerken ze (we denken door trillingspatronen te matchen), de axonen transporteren en geven de prikkels af. Aan een axon zitten meestal duizenden dendrieten van andere neuronen, waardoor ze worden afgeluisterd. Er is geen fysieke grens aan dit netwerk. In theorie zou je een enorm brein kunnen bouwen, in science fiction verhalen bekend als een avatarbrein) , al zal het dan moeilijker zijn de neuronen op elkaar af te stemmen. Dat is bij mensen al lastig. Daarom komen er bij mensen ook zoveel geestelijke ziekten voor.

Rat-computer van vier breinen
Een groep onderzoekers heeft precies dat gedaan [1]. Ze hebben van een viertal ratten de breinen aan elkaar gekoppeld, althans: breinimplantaten die in de hersenschors van de rattenbreinen waren gemonteerd, aan elkaar gekoppeld. De “gelukkige” ratten werden in twee koppels onderverdeeld, die alleen elkaar konden zien. Vervolgens kreeg deze “computer”opdrachten om dingen in categorieën in te delen, beelden te herkennen, tactiele indrukken op te slaan en weer te geven en zelfs om het weer te voorspellen. De vier aan elkaar gekoppelde rattenbreinen bleken bij al deze opdrachten duidelijk beter te scoren dan een individuele rat. Denk dan aan ongeveer de helft beter.

Kunnen we een Gestalt brein bouwen door hersenen aan elkaar te koppelen? Bij ratten is het gelukt. Bron: lanakiv.wordpress.com
Kunnen we een Gestalt brein bouwen door hersenen aan elkaar te koppelen? Bij ratten is het gelukt. Bron: lanakiv.wordpress.com

Reusachtige “rat-puter”
De onderzoekers willen vanzelfsprekend hun Gestalt-brein uitbouwen en verbeteren. Ze denken dat de organische computer erg nuttig kan zijn om allerlei problemen die lastig zijn voor een klassieke computer, op te lossen. Zo bleken slechts 25.000 rattenneuronen in een Petrischaaltje opmerkelijk effectief te zijn in het besturen van een straaljager.

Zou dit ook bij mensen kunnen?
Mensenbreinen zijn aanmerkelijk groter dan die van  ratten en hebben ook efficiëntere grijze stof, maar in principe is de manier waarop de zenuwcellen van mensen en ratten werken vrijwel hetzelfde. Deze techniek zou dus ook bij mensen kunnen worden toegepast. Of we dat moeten willen, vraag ik me af. We hebben al goede organische computers: mensen. Om eerlijk te zijn voel ik er helemaal niets voor om overbodig te worden, of dat anderen dat worden. Het is denk ik veel interessanter om een herseninterface tussen klassieke computers en het menselijk brein te bouwen. Dan zou je taken waar computers in zijn, zoals ingewikkelde berekeningen en logica, aan de computer uit kunnen besteden, terwijl het creatieve deel en het besturen van al deze gedachtenprocessen aan ons mensenbrein wordt overgelaten. Dan kunnen mensen ook meeprofiteren van de Wet van Moore en blijven er ook in de toekomst nog mensen centraal staan in de economie.

Bron
1. Pais-Vieira, M. et al. Building an organic computing device with multiple interconnected brains. Sci. Rep. 5, 11869; doi: 10.1038/srep11869 (2015)

Wat zijn de mogelijkheden om een niet-menselijke intelligente soort te ontwikkelen?

Video: Hybrids

1 reactie / Ideeën, Mensheid, Techniek, Visionaire vragen / Door / 29 november 2014

De onafhankelijke filmstudio Triton maakte een korte film met een intrigerend idee. Wat als een biologisch experiment van bijvoorbeeld het Amerikaanse leger met een niet-menselijke levensvorm totaal uit de hand loopt?

Uit onderzoeken weten we dat er waarschijnlijk slechts enkele puntmutaties nodig waren om de hersenmassa van onze voorouders drastisch toe te laten nemen. Natuurlijk zijn er meer genen die hun invloed uitoefenen, maar dit opent een fascinerende mogelijkheid voor volkomen gewetenloze onderzoekers.

Wat zijn de mogelijkheden om een niet-menselijke intelligente soort te ontwikkelen?
Wat zijn de mogelijkheden om een niet-menselijke intelligente soort te ontwikkelen? Bron: screenshot van Triton film

Zouden niet-menselijke soorten die nu al op de “threshold” van hogere intelligentie zitten, zoals bepaalde papagaaiensoorten, octopussen, dolfijnachtigen en andere primaten dan de mens, door hun centrale zenuwstelsel in omvang toe te laten nemen, “omgebouwd” kunnen worden tot een soort met hoger bewustzijn? Hoe zouden dergelijke bioengineered “aliens” denken?

Meer of juist minder herinneringen laten vormen kan de sleutel zijn voor de behandeling van Alzheimer en/of autisme.

Eiwit vergroot of verkleint hersencapaciteit en geheugen

1 reactie / Wetenschap / Door / 17 november 2014

Een team onderzoekers ontdekte een cruciale biochemische schakelaar voor het sneller of juist langzamer plaats laten vinden van geheugenvorming. Is het manipuleren van FXR1P de oplossing voor het behandelen van hersenziekten als bijvoorbeeld autisme en Alzheimer?

Op dit moment is de consensus onder neurologen, dat herinneringen bestaan uit groepjes verbonden neuronen, schakelcellen in de hersenen. Als zich nieuwe herinneringen vormen, worden er nieuwe verbindingen gelegd tussen neuronen.

In een nieuwe internationale studie, geleid door het Research Institute of the McGill University Health Centre (RI-MUHC), is een molecuul ontdekt dat de hersenfunctie en terughalen van herinneringen verbetert.  Hun ontdekking heeft betekenis voor ziekten die met de ontwikkeling van het zenuwstelsel te maken hebben (zoals autisme) en neurodegeneratieve ziekten (zoals de ziekte van Alzheimer).

Meer of juist minder herinneringen laten vormen kan de sleutel zijn voor de behandeling van Alzheimer en/of autisme.
Meer of juist minder herinneringen laten vormen kan de sleutel zijn voor de behandeling van Alzheimer en/of autisme.

Het molecuul, het eiwit FXR1P (Fragile X Related Protein 1), beperkt de aanmaak van moleculen die nodig zijn voor het  aan;eggenm van herinneringen, aldus RI-MUHC neurowetenschapper Keith Murai, de leidende auteur achter het artikel en Associate Professor in the Department of Neurology and Neurosurgery van McGill University. “Als dit remmende eiwit wordt onderdrukt, kan  het brein meer informatie opslaan.”

Murai en zijn collega’s experimenteerden met muizen om uit te vinden hoe veranderingen in verbindingen tussen hersencellen nieuwe herinneringen produceren.  Wanneer FXR1P selectief verwijderd wordt uit bepaalde hersenregio’s, worden nieuwe moleculen geproduceerd. Deze versterken het aantal verbindingen tussen hersenneuronen, wat samen bleek te hangen met een beter geheugen en sneller terughalen van herinneringen in de muizen.

Verband met hersenziekten
Volgens Murai kunnen we hier spreken van een verrassend resultaat. FXR1P is al langer bekend, maar dan als een eiwit dat de eiwitproductie via mRNA, rondzwervende ‘blauwdrukken’ van eiwitten die uit DNA zijn overgeschreven, controleert.  De rol van FXR1P legt een nieuw werkingsmechanisme bloot, dat reguleert hoe het brein informatie verwerkt en dat relevantie kan hebben voor het begrijpen en behandelen van hersenafwijkingen.

Als veilige middelen worden ontdekt die FXR1P kunnen afremmen of juist stimuleren, kunnen artsen hiermee direct ingrijpen in de hersenen. Bij autisme worden de problemen, denkt men, veroorzaakt door een te groot aantal verbindingen tussen hersencellen. Hierdoor kan een autist vaak zeer veel informatie onthouden, maar wordt deze makkelijk overweldigd door de informatiestroom. Bij de ziekte van Alzheimer vallen juist steeds meer verbindingen tussen neuronen uit, waardoor deze geïsoleerd raken en afsterven. Het kan interessant zijn om bij bijvoorbeeld autisten de activiteit van FXR1P te versterken en in de hersens van Alzheimerpatiënten deze juistte verminderen, waardoor minder resp. juist meer hersenverbindingen worden gevormd.
Smart drugs
Een andere toepassing zouden smart drugs kunnen zijn. Voor studenten is het erg interessant om veel beter te kunnen leren in een examenperiode. Wellicht werken deze stoffen positief samen met al bestaande nootropica zoals modafinil en piracetam. Minder herinneringsvorming is dan weer nuttig om later psychotrauma te voorkomen, of voor criminelen om een sessie aan de leugendetector te overleven.

Bron
Denise Cook et al. FXR1P Limits Long-Term Memory, Long-Lasting Synaptic Potentiation, and De Novo GluA2 Translation. Cell Reports, 2014; DOI: 10.1016/j.celrep.2014.10.028 (open access)

Volgens onderzoeker Kwabena Boahen is een computer met de hardwarestructuur van het brein DE oplossing voor de kwantumlimiet die we dreigen te naderen.

Hersensimulator verslaat supercomputer met stukken

5 reacties / Wetenschap / Door / 2 mei 2013

Erg snel rekenen doet ons brein niet, maar het kan wel erg veel berekeningen per seconde maken. De reden: elk van de meer dan 100 miljard neuronen in ons brein werkt als een parallelle processoreenheid, waardoor ons brein per saldo toch erg veel informatie per seconde kan verwerken. Geen wonder dat ons brein supercomputers op veel terreinen nog steeds kan kloppen. Daar komt nu verandering in met hardware die een miljoen neuronen kan simuleren.

Volgens onderzoeker Kwabena Boahen is een computer met de hardwarestructuur van het brein DE oplossing voor de kwantumlimiet die we dreigen te naderen.
Volgens onderzoeker Kwabena Boahen is een computer met de hardwarestructuur van het brein DE oplossing voor de kwantumlimiet die we dreigen te naderen.

Nadat computerbouwers en -programmeurs er in slaagden de toenmalige menselijke wereldkampioen schaken Kasparov te verslaan (1996) en de beste menselijke spelers van het vraag- en antwoordspel Jeopardy in te maken (2011), lijkt het er inderdaad op dat computers al aardig op weg zijn om de mens op alle terreinen te overtreffen. Wel zijn er monsterachtig grote supercomputers nodig voor deze prestaties. IBM’s Watson, die de kwis Jeopardy overtuigend won, bestaat bijvoorbeeld uit meer dan tien kubieke meter computerapparatuur. Opvolger IBM Blue Gene/Q Sequoia verbruikt meer elektriciteit dan een klein landje als Malta. Vergeleken hiermee doet het menselijk brein het veel zuiniger, rond de veertig watt. Als je bedenkt dat de kleinste onderdelen van computers nu al onder de 22 nanometer breed zijn, honderden malen kleiner dan de grootte van neuronen, en dat zelfs een enorme supercomputer zoals de 8 megawatt IBM Blue Gene/Q Sequoia die er 1600 maal zo lang over doet op een bepaald neurologisch proces na te bootsen als het biologische brein zelf, dit tegen een elektriciteitsrekening van een slordige 14 miljoen euro per jaar, is duidelijk dat er iets mis moet zijn met de hardwarearchitectuur. Vandaar dat er steeds meer stemmen opgaan om de computerarchitectuur, in ieder geval voor bepaalde toepassingen, meer op die van het menselijk brein te laten lijken.

Een van die stemmen is professor Kwabena Boahen van de Californische universiteit Stanford. Hij bewees zijn kunnen door een werkende retina na te bouwen in silicium (die hij verifieerde door de prestaties te vergelijken met een salamander-retina). In deze TED-talk van 2009 windt hij er geen doekjes om. Al in zijn geboorteland Ghana was hij niet bijster onder de indruk van de architectuur en prestaties van computers. Volgens hem is de oorzaak dat ons brein veel slimmer in elkaar zit dan een computer: ons hele brein is betrokken bij berekeningen, terwijl alle data in een computer via de ‘bottleneck’, de overbelaste processor moeten worden verwerkt. Ook voorziet hij rond 2015 problemen als transistoren zo klein worden dat kwantummechanica een rol gaat spelen. De mooi scherpe blokspanningen (de enen en nullen) veranderen dan in een waziger patroon. De enige oplossing is volgens hem om redunantie in te bouwen (net zoals in ons brein).

Boateng heeft in samenwerking met enkele doctoraalstudenten nu een hardware-prototype gebouwd van een neuronaal computerplatform, Neurogrid, een computer dus die qua architectuur een biologisch brein nabootst. Dit model bevat een miljoen gesimuleerde neuronen. Neurogrid werkt, net als biologische neuronen, met analoge spanningen om berekeningen uit te voeren en digitale signalen om te communiceren.

Interessant genoeg kan deze computer meer dan duizend keer zo snel dan een supercomputer de processen in het brein nabootsen, waardoor Neurogrid even snel werkt als een miljoen biologische neuronen. Dit met behulp van slechts 5 watt vermogen. Uiteraard is Neurogrid, een samengesteld apparaat van 16 neuronische chips van elk rond de 65.000 ‘neuronen’, onderhevig aan dezelfde exponentiële vooruitgang als andere computers. Immers: lithografische processen etc. worden steeds beter, waarop ook niet-Neumanniaanse architecturen (zoals neuronische chips) kunnen meeliften.  De stap naar ons brein is nog groot – dit bestaat uit rond 100 miljard, meer dan honderdduizend maal zoveel, neuronen.

Bron
Neurocore (Stanford University)

Video: mens bestuurt rat met gedachten

6 reacties / Mensheid, Psychologie, Wetenschap / Door / 4 april 2013

Je kan je vraagtekens stellen bij het ethische gehalte, maar een wetenschappelijke doorbraak is het zeker. Onderzoekers zijn er voor het eerst in de menselijke geschiedenis in geslaagd door middel van techniek telepathie tussen mens en dier tot stand te brengen. Zonder elektroden…

In het experiment stellen vrijwilligers zich voor dat de rattenstaart naar links of naar rechts beweegt. Een EEG-apparaat registreert de hersenpatronen die bij elke gedachte ontstaan. In het brein van de rat zijn elektroden aangebracht bij de hersengebieden die de staart van de rat besturen. Zodra de computer, die de EEG-signalen registreert, een bekend patroon voor een staartbeweging detecteert in de EEG’s, geeft deze een ultrasoon signaal aan de hersengebieden van de rat. Het gevolg is in de video zichtbaar.

Seung-Schik Yoo van Harvard Medical School in Boston en zijn collega’s voerden deze proeven uit met een verdoofde rat. Naast allerlei akelige MkUltra-achtige activiteiten die door middel van dit soort technieken mogelijk worden, en die vermoedelijk tot meer dan normale interesse voor dit onderzoek bij Amerikaanse leger en diverse geheime diensten zal leiden, zijn ook ethische toepassingen denkbaar. Een therapeut zou bijvoorbeeld patiënten met hersenbeschadigingen kunnen leren om hun ledematen weer te besturen. Hier wordt aan Harvard Medical School ook al onderzoek naar gedaan.

Meer informatie
PLOS One
New Scientist
Telepathic Therapy, Harvard Medical School

Docu: hersens opslaan en weer tot leven wekken na de dood

9 reacties / Analyses, Ideeën, Mensheid, Psychologie / Door / 21 december 2017

Is het mogelijk de informatie in onze hersenen na onze dood op te slaan voor de toekomst, als computers zo krachtig zijn geworden dat deze informatie afgelezen kan worden en jijzelf weer tot leven gewekt kan worden? Dit in sciencefiction veel voorkomende thema is onderwerp van veel debat onder transhumanisten. In deze videodocumentaire de verstrekkende denkbeelden van transhumanist John M Smart.

We weten nog steeds niet precies hoe herinneringen en onze persoonlijkheid in de hersenen worden opgeslagen, maar onderlinge dwarsverbindingen tussen neuronen lijken een essentiële rol te spelen. Ook zijn er sterke verbanden aangetoond tussen de grootte van bepaalde hersengebieden en persoonlijkheidskenmerken. Ook is kort geleden ontdekt dat de architectuur van ons brein eenvoudiger is dan tot nu toegedacht: er blijkt een soort snelweg van neuronen te bestaan, die onze hersenen met elkaar verbindt. Dit geeft transhumanisten hoop dat het mogelijk zal zijn om de hersenen van dode mensen weer tot leven te wekken. Cryonisten laten daaron hun hoofd invriezen in de hoop dat ze in de toekomst weer tot leven worden gewekt.