neurologie

Iron man wordt drie tot vijf jaar na nu realiteit.

Bionische mens krijgt bovenmenselijke eigenschappen

5 reacties / Ideeën en techniek, Mensheid / Door / 27 mei 2011

Dierproeven wezen het uit. Met de juiste interface, kan ons brein alle mogelijke protheses als onderdeel van ons lichaam accepteren – waardoor we kunnen ontsnappen aan onze fysieke beperkingen. Verlamden kunnen over een paar jaar al lopen, verwachten onderzoekers.

Hersenen kunnen kunstledematen besturen
Ons brein is de meest complexe structuur op aarde. De afgelopen tweehonderd jaren hebben neurowetenschappers hun uiterste best gedaan er achter te komen hoe ons brein functioneert en hoe ons denken, onze geest voortkomt uit golven neuronale elektrische activiteit die zich door onze hersenpan voortplanten. Het model als zou het individuele neuron de rekeneenheid zijn, wordt steeds meer losgelaten. In plaats hiervan worden metalen proscessen gezien als een soort Gestalt, waarbij samenwerkende groepen neuronen herinneringen opslaan en gedrag produceren.

Iron man wordt drie tot vijf jaar na nu realiteit.
Iron man wordt drie tot vijf jaar na nu realiteit.

Dit model, door de onderzoekers Brain Machine Interface (BMI) gedoopt, werd rond het jaar 2000 experimenteel bevestigd door nogal akelig dierproefonderzoek aan de Duke University in North Carolina, waarbij de resultante van het groepsgedrag van honderden neuronen werd gemeten. Hierbij werden de hersenpatronen die horen bij een bepaalde beweging (bijvoorbeeld van een poot of staart) geregistreerd. Apen bleken in staat door er alleen aan te denken, kunstmatige robotledematen die aan hersenscanapparatuur was gekoppeld, te besturen zonder hun lichaam te bewegen.

Door kunstmatige visuele, tactiele en directe elektrische feedback van de kunstmatige ledematen terug te sturen naar de hersenen van het proefdier,  lieten de onderzoekers zie dan de signalen kunnen worden geïntegreerd als uitbreiding van het zelf van het proefdier. Met andere woorden: de apparaten die direct door de hersenen worden bestuurd, voelen voor het dier als eigen ledematen.

De eerste aapachtige die er in slaagde haar brein te gebruiken om een kunstmatig apparaat te besturen was het nachtaapje Belle. Belle was in staat een robotarm op enkele meters van haar lichaam te bewegen, alleen door te denken. Hiermee toonde ze aan dat de hersenen kunnen worden bevrijd van de beperkingen van ons lichaam en zijn beperkingen op onze dagelijkse interactie met de wereld om ons heen.

Een paar jaar later slaagden de onderzoekers er in het concept verder uit te werken met een rhesusaap.  Deze keer werd alleen de elektrische hersenschorsactiviteit gemeten terwijl ze op een looprek voortbewoog, om het loopgedrag van de geavanceerde tweevoetige robot CB-1 real-time te besturen. Alhoewel CB-1 in het lab van ATR Neural Information Analysis in het Japanse Kyoto stond, kon het aapje sneller de vele malen grotere robot besturen dan haar eigen ledematen. Alleen al door zich voor te stellen dat ze liep, kon Idoya de robot laten lopen. Op dit moment is het onderzoek nog verder gevorderd en is gedemonstreerd dat de aapjes met hun hersenactiviteit een virtuele arm of hand kunnen besturen die de textuur van schijnbaar visueel identieke objecten in een virtuele wereld kan voelen (en hier onderscheid in maken). Als de avatarhand deze oppervlakken verkent, wordt een elektrisch signaal dat de textuur beschrijft gegenereerd en via reeksen microfilamenten doorgeseind naar het brein van de aap. Deze zijn al eerder gebruikt om elektrische hersensignalen naar het hersengebied te registreren dat aanraakinformatie verwerkt die door het biologische lichaam van het aapje wordt gegenereerd.

Hiermee is de gehele informatiestroom gedekt. We weten nu dat het mogelijk is door middel van BMI technologie, een primatenbrein voorbij de grenzen en fysieke beperkingen van zijn lichaam te laten functioneren en laten interacteren met welke (virtuele of reële) wereld waarmee het in aanraking wordt gebracht. Eens te meer een bewijs dat hersenprocessen een collectief, holistisch fenomeen zijn.

Doorbraak voor dwarslaesiepatiënten en andere gehandicapten
BMI’s hebben veel nieuwe onderzoeksterreinen opengelegd. Om te beginnen: nu is er eindelijk reële hoop om verlamde mensen te helpen lopen met kunstledematen. Een non-profit research-samenwerkingsverband, het Walk Again project, is gevormd door universiteiten en onderzoeksinstellingen in de Verenigde Staten, Europa en Brazilië. Binnen drie tot vijf jaar, 2014 tot 2016 dus, moet een verlamd persoon met een dwarslaesie kunnen lopen en bewegen met behulp van door een BMI bestuurde machineledematen. Het plan is dat de gebruiker een robotisch vest bestuurt met zijn hersenschors.

Dit robotische vest, een exoskelet, wordt het “lichaam” van de patiënt en draagt hem door de wereld met behulp van alleen gedachtenkracht. Bovendien geven sensoren verspreid over het oppervlak van het best de patiënt een vorm van sensorische feedback zoals een biologisch lichaam ook doet. Zoals met de aapjes Belle en Idola hopen de onderzoekers zo het exoskelet een deel uit te laten maken van wat iemand voelt als zijn of haar lichaam.

Aardse arbeider werkt op de maan
Verder in de toekomst kunnen hersen-machine interfaces ons brein in staat stellen allerlei gereedschap te bedienen. Stel je bijvoorbeeld arbeiders voor die  met een huizenhoog exoskelet letterlijk gebouwen met hun handen kunnen bouwen en slopen, waar nu nog omslachtige kranen voor nodig zijn. Of, wat in veel science-fiction romans voorkomt, een brein dat een ruimteschip bestuurt. Of een ruimtebasis op de maan bouwt terwijl de operator zich gewoon op aarde bevindt. Mars zal lastiger worden. Het licht doet er gemiddeld immers ongeveer een kwartier over om van en naar Mars te reizen.

Maar het is wel duidelijk dat het veel makkelijker zal worden mensenlevens te redden bij natuurrampen, in zeer gevaarlijke omgevingen te werken en -helaas of gelukkig-  zal ook de van afstand bestuurde robotsoldaat onverbiddelijk oprukken.

Bron:
New Scientist

Een enkele zenuwcel is al enorm ingewikkeld. Dendrieten (links) verwerken signalen en geven ze door aan de soma (het centrale gedeelte), die ze (na een bepaalde prikkel) doorstuurt via het axon (de gele kabel rechts) naar de uitlopers. Dit nog eens maal honderd miljard. Dit overkopiëren is extreem lastig (maar in theorie ooit haalbaar).

Kan de menselijke geest overgezet worden in een computer?

20 reacties / Filosofie, Ideeën en techniek, Mensheid / Door / 14 mei 2011

Transhumanisten geloven dat ons brein niets meer is dan een bijzonder ingewikkelde organische computer. Volgens hen zullen we op een dag ons brein kunnen uploaden in een computer. Een mens zou op die manier onsterfelijk worden. Hebben ze gelijk?

Als we onze geest in een computer zouden kunnen uploaden, zouden we onsterfelijk worden.
Als we onze geest in een computer zouden kunnen uploaden, zouden we onsterfelijk worden.

Bestaat onze geest alleen uit onze hersenen in werking?
Ons brein bestaat uit zo’n 100 miljard neuronen, hersencellen. Ook deze neuronen hebben weer een ingewikkelde structuur met dendrieten, die informatie lezen (en zelf tot eenvoudige bewerkingen, zoals het herkennen van ritmes, in staat zijn) en axonen (die prikkels an andere cellen doorgeven). Neuronen communiceren met elkaar via stroomstootjes en signaalstoffen. Als de signalen in dendrieten een bepaalde drempelwaarde overschrijden, vuurt het neuron een signaal af door zijn axon (of axonen). Neuronen kunnen ook de signalen van andere neuronen in een dendriet van een derde neuron blokkeren. Met andere woorden: je kan een neuron beter vergelijken met een klein computertje dan met een enkele schakeling. Ons brein kan wolken neurotransmitters uitscheiden die invloed hebben op de snelheid waarmee neuronen communiceren. Cafeïne uit koffie, bijvoorbeeld, blokkeert de afbraak van de neurotransmitter dopamine, waardoor neuronen actief blijven.

Neurologen vermoeden dat de kern van ons bewustzijn ligt in alleen de neuronen van het centrale zenuwstelsel (onze hersenen) en de manier waarop deze met elkaar zijn verbonden. Chemisch geheugen, waarvan ooit werd vermoed dat het bestond, is niet aangetoond. Ook voor de omstreden  theorie van Roger Penrose c.s. dat er in onze neuronen kwantumcomputertjes in de microtubuli (celstructuren in onder meer neuronen) zitten, Orch-OR, ontbreekt ieder bewijs.

Wel zijn er aanwijzingen dat grote aantallen samenwerkende neuronen elektromagnetische velden opwekken en dat er op die manier een soort veldeffect optreedt. Dit sluit aan bij ontdekkingen dat zwakke stromen door de hersenen het gedachtenproces kunnen beïnvloeden.

Is onze geest oneindig complex?
Als we er van uitgaan dat onze geest in zijn geheel in onze hersenpan zit, is het antwoord hierop: nee. Er is immers maar een eindig aantal atomen in onze hersenpan aanwezig. Ook lijkt een groot deel van de hersenen niet gebruikt te worden door neuronen, maar bestaat uit ondersteunend weefsel dat de zeer veel energie verbruikende neuronen van voeding en zuurstof voorziet. Het is dus in principe mogelijk om eke hersencel te kopiëren naar een kunstmatig brein. Wel moeten deze neuronen dan qua functionaliteit nauwkeurig  na worden gebootst.

Een enkele zenuwcel is al enorm ingewikkeld. Dendrieten (links) verwerken signalen en geven ze door aan de soma (het centrale gedeelte), die ze (na een bepaalde prikkel) doorstuurt via het axon (de gele kabel rechts) naar de uitlopers. Dit nog eens maal honderd miljard. Dit overkopiëren is extreem lastig (maar in theorie ooit haalbaar).
Een enkele zenuwcel is al enorm ingewikkeld. Dendrieten (links) verwerken signalen en geven ze door aan de soma (het centrale gedeelte, met groene celkern), die ze (na een bepaalde prikkel) doorstuurt via het axon (de gele kabel rechts) naar de uitlopers. Dit nog eens maal honderd miljard. Dit overkopiëren is extreem lastig (maar in theorie ooit haalbaar).

Hoe zou onze geest kunnen worden gekopieerd?
Eerdere ideeën dat ons brein een tabula rasa is en in principe net als een harde schijf kan worden gewist en opnieuw geprogrammeerd, kloppen niet. Onze hersenen passen zich fysiek aan aan prikkels. Neuronen vormen nieuwe verbindingen (en verbreken soms andere) als we bijvoorbeeld een nieuwe sport leren, een cursus volgen of een ander land bezoeken. Neurologen denken nu dat als alle onderlinge verbindingen plus het gedrag van neuronen zouden worden afgelezen en worden overgekopieerd, in principe het gehele brein is over te brengen naar een ander medium, een computer bijvoorbeeld. Wel moeten deze kunstneuronen een onderling gedrag hebben dat te vergelijken is met dat van echte neuronen.

Dit zou uiterst ingewikkeld zijn, ver buiten bereik van de moderne wetenschap, maar wel haalbaar met zeer ver ontwikkelde nanotechnologie. Sondes op nanoschaal (in de praktijk: zeer dunne draden en sensoren) zouden tussen de neuronen moeten bewegen en registreren waar de neuronen zich bevinden en hoe ze onderling verbonden zijn. Ook moet vast worden gesteld met welke neuronen precies alle dendrieten en axonen verbonden zijn. Een uiterst ingewikkelde klus, omdat alleen al een enkel  neuron honderden dwarsverbindingen heeft met andere neuronen. Letterlijk al die dwarsverbindingen moeten worden gereproduceerd. Alleen al de informatieinhoud hiervan is enorm: stel dat je alle neuronen een volgnummer geeft, dan betekent dit een gemiddeld indexgetal van elf cijfers.

Daarmee ben je er nog niet: je moet namelijk ook aangeven welke dendriet van het  neuron met het axon van een bepaald ander neuron in verbinding staat. Elk neuron heeft tot ongeveer duizend dendrieten en een axon, dat zich vertakt in meerdere synapsen. Een axon kan met de dendrieten van honderden andere neuronen in verbinding staan.

Duizend (of een miljard) harde schijven vol
Als je al deze getallen met elkaar vermenigvuldigt, blijkt wel dat we het over een extreem ingewikkeld systeem hebben dat de rekencapaciteit van zelfs onze ingewikkeldste computer ver te boven gaat. Alleen al dit systeem 1:1 beschrijven (meer dan honderd miljard neuronen die op duizend verschillende manieren met elkaar verbonden zijn) betekent  een informatieinhoud van plm. vijftien tot zestien cijfers. Honderd tot  duizend harde schijven van een terabyte vol dus.Veel, maar in principe haalbaar.

Dat wil zeggen: als de precieze plaats waar axonen en dendrieten onderling verbonden zijn niet ter zake doet. Doet die wel ter zake, en laten we dat veiligheidshalve aannemen, dan komen er nog tot zes nullen bij. Wellicht (het nachtmerriescenario) zijn er ook nog binnen het neuron structuren die ter zake doen. We komen in dat laatste geval uit rond ver boven het getal van Avogadro aan bytes. Dan moet je al die gesimuleerde neuronen nog aan het werk zetten en hun onderlinge positie vergelijken. Mogelijk moet ook rekening worden gehouden met de effecten van de begeleidende cellen. Het brein krijgt deze informatieverwerking voor elkaar met slechts veertig watt aan vermogen. Het is de vraag of dat de eerste computers die een menselijke geest  downloaden en draaien, ook gaat lukken.

Kortom: in theorie is het mogelijk, maar verwacht minimaal vijftig jaar voor het gaat lukken. Tenzij er methodes worden ontwikkeld om sluipwegen te vinden en te ontdekken welke vereenvoudigingen kunnen zonder de essentie van onze geest aan te tasten. Ongetwijfeld zullen die er zijn, maar alleen de tijd zal het leren of deze ook daadwerkelijk de datum in kwestie van de eerste download dichterbij brengen.

Lees ook:
Hoeveel informatie bevat de menselijke geest?

Het brein van mensen verschilt enorm van dat van haaien. Toch komen de elementaire hersenstructuren in beide hersenen voor, zij het met totaal verschillende groottes.

Hersenscan zal opleiding en baan bepalen

3 reacties / Ideeën en techniek, Maatschappij, Mensheid, Wereld / Door / 27 april 2011

In de spreekkamer moet je je hoofd in een buitenissig apparaat steken. Na een paar minuten komt de neuroloog met de uitgeprinte resultaten van je hersenscan, die je toekomstige carrière zullen bepalen. Hersenscans worden steeds beter en ook onze kennis om deze te interpreteren verbetert snel. In de nabije toekomst zullen kinderen waarschijnlijk door middel van een hersenscan een school- en beroepskeuzeadvies krijgen. Zal de toekomst steeds meer lijken op Brave New World? Het wordt in ieder geval een stuk saaier op deze manier.

Overzicht bekende kennis over de relatie tussen persoonlijkheid en hersenen

Het brein van mensen verschilt enorm van dat van haaien. Toch komen de elementaire hersenstructuren in beide hersenen voor, zij het met totaal verschillende groottes.
Het brein van mensen verschilt enorm van dat van haaien. Toch komen de elementaire hersenstructuren in beide hersenen voor, zij het met totaal verschillende groottes.

Waarschuwing: de tekst in dit blok is vrij technisch.
Nog niet zo heel lang geleden was onze kennis van het menselijk brein anekdotisch en fragmentarisch. Na het bekende ongeluk met de negentiende-eeuwse spoorwegarbeider Phineas Gage (waarvan het karakter totaal veranderde nadat hij een ijzeren staaf door het voorste deel van zijn hersenen had gekregen) werd bijvoorbeeld bekend dat de voorste hersenkwab iets met het plannen en controleren van het gedrag te maken heeft.

We weten nu veel meer. Van een aantal hersengebieden is nu bekend hoe ze samenhangen met de persoonlijkheid en de manier van denken van mensen. Een overzicht, gebaseerd op de onder psychologen erg populaire Big Five persoonlijkheidstheorie en (1).

Bij extraverte mensen (ondernemende, actieve prikkelzoekers) is de mediale orbitofrontale cortex, het hersengebied direct achter de ogen dat de reactie op beloningen regelt, statistisch significant groter, wijst onderzoek uit. Extraverte mensen reageren daarom veel sterker op beloningen dan introverte mensen.

Bij zorgvuldige mensen (gedisciplineerd, plichtsgetrouw, op regelmaat gesteld) is de middenfrontale gyrus (direct achter het voorhoofd, aan de zijkanten) sterk ontwikkeld. Dit is met .43 ook direct de sterkste correlatie uit het onderzoek. Bij psychopaten ontbreekt dit deel of is het inactief, bij dwangneuroten overactief.

Neurotische mensen (angstig, snel van de wijs gebracht door prikkels) hebben een kleinere dorsomediale prefrontale cortex, het hersengebied tussen beide middenfrontale gyrussen waar (denkt men) onder meer het werkgeheugen zetelt. Dit geldt ook voor de linker mediotemporale lob (hier worden beelden en geluiden verwerkt). Hun  midden-cingulaire gyrus of cortex (het hersengebied waar detecteren van onzekerheid, angst en pijngevoelens zetelen) is juist groter. Hierdoor worden de hersengebieden van neurotici snel overbelast met prikkels en reageren ze daar erg angstig op.

Vriendelijke mensen hebben een sterker ontwikkelde superior cingulate sulcus (spiegelneuronen), waardoor ze zich meer inleven in anderen en fusiforme gyrus, waardoor ze beter gezichten herkennen (1). Uit ander onderzoek (2) is bekend dat ‘rechtse’ mensen een sterker ontwikkeld limbisch systeem hebben, het ‘reptielenbrein’ dat gevoelens van gevaar, seks en voedsel regelt.

Er is alleen nog geen duidelijk hersengebied geassocieerd met de vijfde belangrijke persoonlijkheidstrek: openheid, geassocieerd met nieuwsgierigheid en open staan voor nieuwe ervaringen (1). Wel is bekend dat als intelligente mensen een vraagstuk oplossen, er een veel groter deel van het brein actief wordt dan bij minder snuggere mensen.

Hersenscan wordt waarschijnlijk doorgedrukt
Het ligt in de lijn der verwachtingen dat behalve persoonlijkheid, ook  hersenfuncties als intelligentie en geheugen zullen kunnen worden vastgesteld aan de hand van een hersenscan. Nu het taboe op hersenonderzoek door de pensionering van de babyboomers steeds meer verdwijnt, zal dit in een stroomversnelling raken.

De belangen die op het spel staan zijn enorm: een verkeerd ingeschatte sollicitant kost een bedrijf vele duizenden euro. Schooluitval nog meer. De verleiding zal voor scholen en werkgevers daarom steeds groter worden dit te gaan doen. Een hersenscan is immers veel goedkoper dan een psychologische test en zelfs door de meest doortrapte kandidaat niet te saboteren. We kunnen dus verwachten dat de hersenscan op zal rukken. Nu al wordt deze gebruikt om profvoetballers te screenen. Als de prijs voor hersenscans zal dalen, zullen eerst grote bedrijven en dan kleinere deze verplicht stellen voor kritische  functies. ook zullen de managers op scholen zo proberen leerlingen een bindend advies te geven.

De gevolgen
Het psychologisch determinisme zal opnieuw oprukken, deze keer definitief. Er zal een nieuwe kastemaatschappij ontstaan, waarbij aan de hand van iemands hersenstructuur wordt bepaald wat voor opleiding iemand moet volgen, met wie die persoon om moet gaan en dergelijke. Dat is immers veel efficiënter, vinden managers en zoals bekend, wordt de westerse wereld gerund door managers. Hiermee zullen bedrijven erg efficiënt worden en de aandeelhouders zullen dus erg tevreden worden over de managers. Als gevolg hiervan zal de maatschappij veranderen in het equivalent van de hyperefficiënte, maar op uitsterven staande cheetah.

Hetzelfde menstype zal dezelfde opleiding en dezelfde beroepskeuze volgen.Als gevolg hiervan vermindert de spread. Juist de misfits, het verdwaalde wiskundige genie tussen psychologen of  de romantische natuurkundige voor innovatie en volkomen onverwachte vondsten.

De ideale werknemer is vergeleken met de gemiddelde mens intelligent, gehoorzaam, gewetensvol, vriendelijk en extravert. De economische druk zal er toe leiden dat er alles aan zal worden gedaan dit menstype vaker te laten voorkomen. Op welke wijze dan ook. Aangezien er een duidelijke erfelijke component is in groottes van hersengebieden, betekent dit waarschijnlijk een terugkeer van de eugenetica.

Bronnen
1. Colin G. DeYoung et al., Testing Predictions From Personality Neuroscience: Brain Structure and the Big Five, APS, 2010
2. Kanai, R. et al., Political Orientations Are Correlated with Brain Structure in Young Adults, Current
Biology (2011)

Neuronen communiceren niet alleen via de lange dendrieten, maar ook via elektrische velden.

Zwakke elektrische velden sturen ons brein

11 reacties / Mensheid, Wetenschap / Door / 7 februari 2011

Tot voor kort werd gedacht dat elektrische velden nauwelijks invloed hebben op ons brein. Dat blijkt niet te kloppen: elektrische velden blijken zelfs essentieel om groepen neuronen samen te laten werken. Hebben de verguisde aluhoedjes dan toch gelijk?

Ooit werd gedacht dat elektrische velden die door het afvuren van neutronen in ons brein ontstaan, een onbedoeld bij-effect zijn van de werking van neuronen. Dit blijkt niet te kloppen. De velden blijken zelfs een essentiële rol te spelen, namelijk bij het coördineren van groepen neuronen, ontdekten neurobioloog Kostas Anastasiou en zijn team (1). Dit betekent dus dat neutronen die niet onderling verbonden zijn, toch invloed op elkaar hebben.

Bekend is al dat (voor neurologische begrippen) sterke elektrische velden (denk aan honderd volt per meter), ontstaan door tegelijkertijd vurende neuronen, de oorzaak zijn van epileptische aanvallen. Het meten en reproduceren van de uiterst zwakke elektrische velden die veel vaker in de hersenen voorkomen is veel lastiger, de reden dat hier veel minder onderzoek naar gedaan is.

Neuronen communiceren niet alleen via de lange dendrieten, maar ook via elektrische velden.
Neuronen communiceren niet alleen via de lange dendrieten, maar ook via elektrische velden.

Wij nemen deze sterk wisselende velden waar als hersengolven, zoals alfa-, bèta- en thetagolven die een groot deel van de hersenen beïnvloeden, maar er bestaan ook zwakkere, kleinschaliger velden. De kleinste velden moeten gemeten worden met een groepje elektroden op een afstand van slechts vijftig micrometer van elkaar: de grootte van het hoofdcellichaam van een neuron (neuronen kennen immers communicatie-uitlopers, dendrieten, die tientallen centimeters lang kunnen worden).

Zelfs zwakke velden met een sterkte van enkele volts per meter blijken al grote invloed te hebben op de manier en het patroon waarop neuronen afvuren. Anastasiou denkt dat in de communicatie via deze elektrische velden wel eens de oplossing kan worden gevonden van de heilige graal in de neurowetenschap: de oorsprong van ons bewustzijn(2).

Grappig genoeg worden er op dit moment ook computers ontwikkeld die net als ons brein gebruik kunnen maken van deze lekken en zo energiezuiniger worden. Misschien moeten we de hardware van onze computers wel meer op die van het brein laten lijken – dus met deze lekvelden – om machinebewustzijn te ontwikkelen. Alhoewel er veel, heel veel, voor te zeggen is die doos van Pandora gesloten te houden.

Elektromagnetische velden om ons heen
Elektromagnetische velden blijken dus minder onschadelijk te zijn dan tot nu toe werd aangenomen. Ze blijken in staat om de manier waarop onze hersenen werken in verregaande mate te beïnvloeden. Weliswaar zijn ons bloed en andere lichaamsvloeistoffen zwak geleidend – wat redelijke elektrische afscherming geeft – maar er bestaan elektrische velden om ons heen die in de orde van grootte liggen van de door Anastasiou onderzochte waardes. Enkele voorbeelden: in hoogspanningsmasten is sprake van een wisselstroom van tienduizenden tot over 380.000 volt (3).

Statische elektriciteit produceert vaak een zeer sterk elektrisch veld, maar dit kan weinig kwaad: er ontstaat direct een tegengesteld gerichte lading op de huid. Magnetische velden daarentegen kunnen wel ons lichaam binnendringen. In ons lichaam wekken die als ze veranderen dan weer elektrische velden op. Ook stroomdraden, apparatuur, kortom zo ongeveer alles waar elektriciteit doorheen loopt, kan dus in principe ons zenuwstelsel beïnvloeden.

Volgens een (omstreden) onderzoek heeft hoogfrequente radiostraling, zoals in de buurt van wifi-modems, slechte gevolgen heeft op planten(4). Er zal verder onderzoek gedaan moeten worden naar de mate waarin magnetische velden ons lichaam kunnen binnendringen, maar tot die tijd lijkt voorzichtigheid met bronnen van elektromagnetische velden een erg goed idee.

Bronnen:

1. Ephaptic coupling of cortical neurons, Nature Neuroscience
2. Neural Communication: Weak Electrical Fields in the Brain Help Neurons Fire Together, ScienceDaily
3. Hoogspanning, Wikipedia
4. De waarheid rond wifi-straling en dode bomen, De Pers ex. WAU publicatie

Bioluminescentie komt veel voor bij diepzeedieren. Een extreme vorm van een natuurlijk proces?

Brein werkt mogelijk deels op licht

17 reacties / Filosofie, Wetenschap / Door / 20 december 2010

Biofotonica, een ooit fel omstreden theorie kostte menig wetenschapper de kop. Ten onrechte, blijkt steeds meer.  

Het veronderstellen dat fotonen, lichtdeeltjes, een cruciale rol speelden in levende organismen, kostte onderzoekers als de omstreden Rus Alexander Gurwitsch en de Duitser Fritz-Albert Popp bijna hun carrière. Nu duikt steeds meer bewijs op dat licht wel degelijk een essentiële rol speelt in levende organismen, mogelijk zelfs in ons bewustzijn.

Bioluminescentie komt veel voor bij diepzeedieren. Een extreme vorm van een natuurlijk proces?
Bioluminescentie komt veel voor bij diepzeedieren. Een extreme vorm van een natuurlijk proces?

Na zijn dood is gebleken dat Gurwitsch’ waarnemingen juist waren (al is het morfogenetisch veld, waar hij fervent in geloofde, onzin volgens vrijwel alle wetenschappers). Hij wordt nu erkend als de ontdekker van biofotonen. Popps werk, ooit verguisd door ‘respectabele’ wetenschappers, staat nu in het centrum van een zich snel ontwikkelend nieuw wetenschappelijk veld: biofotonica.

Oplichtende bacteriën en ingewikkelder organismen zijn minder uitzonderlijk dan het lijkt. In feite komt er bij biochemische reacties voortdurend licht vrij, zij het met een zeer zwakke intensiteit, denk aan honderd fotonen per vierkante centimeter per seconde. Tot voor kort werd dit gezien als een curieus bijverschijnsel.

Het lijkt er steeds meer op dat dat niet klopt en dat de verguisde biofotonen wel degelijk een belangrijke rol spelen. Uit onderzoek eerder in 2010 bleek dat de ruggemergzenuwen van ratten licht kunnen geleiden. Het brein van ratten in werking blijkt op te lichten. Biofysicus Majid Rahnama aan de Shahid Bahonar University te Kerman, Iran en een groep collega’s van over de hele wereld denken nu te weten waarom.

Verschillende celonderdelen van hersencellen blijken namelijk fotoactief te zijn, op licht te reageren. Ze bevatten bijvoorbeeld porphyrine-ringen, flaviniden, pyridine-ringen, lipide (vettige) chromoforen and aromatische (betekent: voorzien van een ring van zes koolstofatomen) aminozuren. Mitochondriën, de energiecentrales van de cel, bevatten verschillende chromoforen, stukken molecuul die de rest van het molecuul een kleur geven.

Het brein in werking baadt in zeer zwak licht. Toeval? Integendeel volgens een aantal onderzoekers.
Het brein in werking baadt in zeer zwak licht. Toeval? Integendeel volgens een aantal onderzoekers.

Volgens de theorie van de onderzoekers dienen microtubuli, een netwerk binnen cellen, naast transportnetwerk voor biomoleculen, ook als ‘wave guides’, lichtgolfgeleiders. Zeg maar een biologische glasvezelkabel. De onderzoekers toonden een significant verband aan tussen de frequentie van hersengolven, zoals alfa- bèta- en thetagolven en de activiteit van optisch actieve moleculen.

Dit kan verklaren hoe alfa-, bèta- en thetagolven het brein kunnen synchroniseren. Elektrische ontladingen door het ompolen van het celmembraan, het bekende proces waarmee zenuwcellen onderling communiceren, zijn daar te traag voor. Vijftien jaar eerder suggereerde de visionaire wiskundige Roger Penrose  al dat het netwerk van neuronale microtubuli een soort kwantumcomputers vormen, de Orch-OR theorie.

Alhoewel vervolgonderzoek niet veel heel liet van zijn theorie, zo zou de kwantumverstrengeling in microtubuli waar zijn theorie op berustte maar miljardsten van seconden overleven, heeft Penrose misschien toch wel een beetje gelijk. Penrose, blijkt uit zijn werk aan twistors, het ontdekken van ringvormige structuren in de achtergrondstraling en nu dus het kwantumbrein, heeft in ieder geval een zeldzaam talent om anderen op het juiste spoor te zetten.