Welkom bij de afdeling Onderzoek en Strategie van [bedrijfsnaam] in de snel veranderende wereld van vandaag.
Hoewel neurowetenschappelijk onderzoek de afgelopen tien jaar een enorme vlucht heeft genomen, bleek 2022 een uitzonderlijk jaar met enkele van de grootste neurowetenschappelijke doorbraken in jaren. Hier zijn 7 ontdekkingen die het potentieel van neurowetenschap aantonen om ons leven en zelfs onze definitie van leven te veranderen.
Deze hartslagachtige EEG-signalen vormen het eerste indirecte bewijs dat het menselijk brein gebruikmaakt van kwantumcomputers. De door EEG opgewekte potentialen werden gedetecteerd met behulp van een specifieke MRI-techniek die is ontworpen om verstrengelde spins in menselijke hersenen op te sporen.
Ze zijn momenteel alleen te verklaren als kernprotonspins in de hersenen die kwantumverstrengeld zijn. De hoofdonderzoeker van de ontdekking vatte het als volgt samen:
"We hebben een idee gecreëerd, ontworpen voor uitdagingen om de uitdaging aan te gaan." of qantum gravaty, whereby you take know qantum systems, which interact with an unnown system. If the unnown systems entangle, then 𝙩𝙝𝙚 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙢𝙪𝙨𝙩 𝙗𝙚 𝙖 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢, 𝙩𝙤𝙤.''
In dit geval was het bekende systeem het hersenvocht (cerebrale vloeistof) en het onbekende systeem de hersenen.
Daarnaast bleken de mate van verstrengeling gecorreleerd te zijn met de prestaties van het kortetermijngeheugen en het bewustzijn, dus het is waarschijnlijk dat ze een belangrijk onderdeel vormen van onze hogere cognitieve functies.
Kwantumprocessen zijn al lang bekend in de niet-menselijke biologie. Zonder kwantumtunneling zou bijvoorbeeld fotosynthese, en daarmee het grootste deel van het leven op aarde, wellicht niet zijn ontstaan.
Deze studie is overigens niet het eerste bewijs voor menselijke kwantumbiologie.
Cryptochromen in vogelogen, die gebruikmaken van kwantumverstrengeling in triplettoestanden, blijken een mechanisme te zijn waarmee vogels het magnetische veld van de aarde als een kaart kunnen lezen. Ook menselijke ogen bezitten cryptochromen, maar die zijn op een bepaald moment in onze evolutie gedeactiveerd.
De bevindingen van deze studie zouden het begin kunnen markeren van een paradigmaverschuiving in de neurowetenschappen, en tevens belangrijke manieren kunnen onthullen om machinegebaseerde kwantumcomputers en algemene kunstmatige intelligentie verder te ontwikkelen.
Studie: Experimentele aanwijzingen voor niet-klassieke hersenfuncties, Christian Matthias Kerskens en David López Pérez.
Voor het eerst in de geschiedenis is het mogelijk dat dieren via integratieve hersentransplantaties bepaalde aspecten van menselijke intelligentie verwerven.
Organoïden (of assembloiden) zijn functionerende clusters van neuronen die in vitro worden gekweekt, meestal uit stamcellen afkomstig van de huid. Deze relatief complexe, levende hersenstructuren, die van dierlijke of menselijke oorsprong kunnen zijn, worden gebruikt om neurale mechanismen in het laboratorium te bestuderen, buiten een echt brein.
Hun wetenschappelijke waarde wordt echter beperkt door hun omvang en complexiteit. Om dit probleem te verhelpen, is een nieuwe aanpak gepubliceerd in Nature, waarbij organoïden van de menselijke hersenschors in levende rattenhersenen zijn getransplanteerd (zie afbeelding hierboven).
Zes maanden na de integratie bereikten de menselijke neuronen een nieuw stadium van rijping en werden ze zes keer zo groot als wat in vitro mogelijk was. Hun activiteit bootste sommige van de meer geavanceerde gedragingen die in menselijke hersenen werden waargenomen beter na.
In een vervolgexperiment activeerden de onderzoekers specifiek de genetisch gemodificeerde menselijke neuronen met behulp van optogenetica, en slaagden ze erin de frequentie waarmee de ratten een beloning zochten te beïnvloeden.
Hoewel fascinerend, kan dit nieuwe onderzoeksgebied binnen de biologie, en zelfs de biologie zelf, gepaard gaan met ethische complicaties, bijvoorbeeld over de classificatie van een dergelijk hybride organisme.
Studie: Rijping en circuitintegratie van getransplanteerde menselijke corticale organoïden, Omer Revah et al.
Deze video laat meer zien dan je op het eerste gezicht zou denken: het is namelijk de eerste succesvolle combinatie van biologische neuronen en siliciumchips die samen een gesimuleerd spel leren spelen.
Zoals we net hebben gezien, behoren organoïden momenteel tot de snelst evoluerende wetenschappelijke domeinen. Dit onderzoek gaat een andere, maar even verbazingwekkende richting op, door een mix van menselijke en knaagdierorganoïden te synthetiseren met computerchips.
Het doel van dit concept, 'synthetische biologische intelligentie' (SBI) genoemd, is om deze voorheen uiteenlopende vormen van intelligentie synergetisch samen te voegen.
In het bijzonder wilden onderzoekers de kracht van de derde-orde complexiteit die in organoïden voorkomt, benutten, iets wat in de traditionele computerwetenschap nog nooit mogelijk is geweest. Daarnaast wilden ze de formele definitie van bewustzijn in neurale culturen bereiken en zo effectief sensorisch feedbackleren demonstreren.
In deze studie werden de in vitro organoïden geïntegreerd met 'in silico' computerberekeningen via een multi-elektrode-array met hoge dichtheid. Door gebruik te maken van gestructureerde feedback met gesloten lus via elektrofysiologische stimulatie, werd het experiment genaamd 'BrainDish' ingebed in een simulatie van het iconische computerspel Pong.
Het vermogen van neuronen in netwerken om adaptief te reageren op externe prikkels vormt de basis van al het leergedrag bij dieren. Hoewel dit eerste experiment een zeer eenvoudige simulatie is, heeft het intelligent en bewust gedrag in een gesimuleerde spelwereld aangetoond door middel van doelgericht gedrag.
Deze aanpak biedt een veelbelovende nieuwe onderzoeksrichting om theorieën over de interactie tussen de hersenen en de wereld te ondersteunen of te weerleggen, en om intelligentie in het algemeen te bestuderen.
Studie: In vitro leren neuronen en vertonen bewustzijn wanneer ze zich in een gesimuleerde spelwereld bevinden, Brett J. Kagan et al.
Onderzoekers hebben in 2022 een mogelijk baanbrekende ontdekking gedaan voor de menselijke gezondheid. Spieren vormen de grootste spiermassa in ons lichaam, maar verbranden in termen van de oxidatieve stofwisseling van het hele lichaam slechts 15% van de glucose in rust. Dit wordt in verband gebracht met de gezondheidsrisico's van te veel zitten.
De soleus is een kleine kuitspier die slechts één kilo weegt, maar hij beschikt over een speciaal, tot nu toe onbekend, ingebouwd mechanisme. Een nieuwe studie aan de Universiteit van Houston heeft aangetoond dat wanneer deze specifieke spier nauwkeurig wordt geactiveerd, de glucosemetabolisme van het hele lichaam dramatisch toeneemt met 30-45%. Dit gebeurt met een verwaarloosbaar energieverbruik voor het daadwerkelijk samentrekken van de soleus.
De oefening bestaat uit een eenvoudige, herhaalde hielheffing waarbij de bal van de voet op de grond blijft. Dit kan zittend op de grond of op een stoel worden gedaan. De oefening wordt ook wel de 'soleus push-up' genoemd en activeert een voorheen onbekende brandstofmix.
Interessant genoeg wordt dit type soleus-contractie gedeactiveerd tijdens het lopen of hardlopen. Daarom werd het energieverbruik van de spieren in de onderste ledematen ook getest op een loopband.
Opmerkelijk genoeg verbruikte de soleus-push-up meer dan twee keer zoveel zuurstof als hardlopen, en tien keer zoveel als wandelen. Deze effecten werden waargenomen bij volwassenen in de leeftijd van 22 tot 82 jaar.
De conclusie is dat de systemische metabolische regulatie aanzienlijk kan worden verbeterd door een kleine kuitspier te activeren. Deze onderzoeksresultaten tonen een breed toegankelijke en praktische manier om de aanzienlijke gezondheidsrisico's van langdurig zitten tegen te gaan, ook voor mensen die regelmatig sporten.
Studie: Een krachtige fysiologische methode om het oxidatieve metabolisme van de soleusspier te versterken en in stand te houden, verbetert de glucose- en lipidenregulatie, Marc T. Hamilton, et al.
Een toevallige nieuwe ontdekking, gepubliceerd in Nature, heeft een belangrijk nieuw kenmerk van neuroplasticiteit in de hersenen van volwassen zoogdieren aan het licht gebracht.
Een team van neurowetenschappers van MTI bestudeerde muizenhersenen om aan te tonen hoe neuronale dendrieten synaptische input op verschillende manieren verwerken, afhankelijk van hun locatie. Omdat dit zeer hoge-resolutietechnieken vereist, ontdekten ze per toeval een overvloed aan microscopisch kleine, stille synapsengenoemd filopodia, aan de uiteinden van de dendrieten.
De hoofdonderzoeker gaf de volgende reactie:
“De eerste keer dat we zeiden, waar het beter was dan ooit en we niet geëxecuteerd hebben, was dat daar waren filopodia overal.”
Synapsen zijn de neurale mechanismen die de hersenen in staat stellen zichzelf flexibel te bedraden in vrijwel oneindig veel configuraties. Echter, reeds functioneel bedrade synapsen vereisen een hoge stimulatiedrempel om los te koppelen en opnieuw te bedraden.
Stille synapsen hebben een zeer lage drempelwaarde en zijn in principe klaar om verbindingen aan te gaan met andere neuronen. Hoewel eerder werd aangenomen dat filopodia alleen in zeer jonge hersenen voorkomen, riep dit veel vragen op over de mechanismen waarmee volwassen hersenen nog steeds in staat zijn tot een hoge mate van neuroplasticiteit.
Er werd ook vastgesteld dat de filopodia van volwassen cellen zeer gevoelig zijn voor Hebbiaanse plasticiteit, waarbij één neuron de synaptische plasticiteit van een ander neuron rechtstreeks kan beïnvloeden.
Deze bevinding biedt een nieuw inzicht in hoe functionele connectiviteit kan worden aangestuurd door dit nieuwe mechanisme, waardoor flexibele controle over de synaptische bedrading mogelijk wordt en het leervermogen van de volwassen hersenen wordt vergroot.
Het geeft ook uitleg over hoe nieuwe herinneringen kunnen ontstaan.
“Ze zijn op zoek naar nieuwe overeenkomsten, en wanneer important nieuwe informatie is gepresteerd, connections between the 𝙧𝙚𝙡𝙚𝙫𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙩𝙝𝙚𝙣𝙚𝙙. 𝙏𝙝𝙞𝙨 𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙘𝙧𝙚𝙖𝙩𝙚 𝙣𝙚𝙬 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩 𝙤𝙫𝙚𝙧𝙬𝙧𝙞𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙩𝙝𝙚 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚𝙙 𝙞𝙣 𝙢𝙖𝙩𝙪𝙧𝙚 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙖𝙧𝙚 𝙝𝙖𝙧𝙙𝙚𝙧 𝙩𝙤 𝙘𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚.”
Een belangrijke conclusie uit dit onderzoek is dat onze hersenen neuroanatomisch zo zijn geprogrammeerd dat ze gedurende ons hele volwassen leven zeer adaptief blijven en mogelijk klaar zijn voor ingrijpende veranderingen.
Studie: Filopodia vormen een structureel substraat voor stille synapsen in de neocortex van volwassenen, Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung & Mark T. Harnett
Transcraniële gelijkstroomstimulatie (tDCS) houdt in dat er zwakke elektrische stimulatie op de hoofdhuid wordt toegepast om de hersenactiviteit mogelijk te verhogen. Dit wordt ook wel, minder wetenschappelijk, 'brain zapping' genoemd. De techniek bestaat al een tijdje; zo heeft DARPA er bijvoorbeeld zo'n tien jaar geleden onderzoek naar gedaan. Het meeste onderzoek richtte zich op gezonde of hoogpresterende populaties, maar er kwam weinig overtuigend bewijs naar voren.
Een recent gepubliceerd onderzoek suggereert dat de voordelen van deze methode mogelijk specifiek zijn voor ouderen met geheugenproblemen.
De onderzoekers evalueerden de effecten van geheugentraining als een algehele samengestelde beoordeling van de capaciteit van het werkgeheugen, waarbij ze oudere volwassenen vergeleken met oudere volwassenen met geheugenproblemen.
Ze ontdekten dat, hoewel alle deelnemers hun prestaties tijdens de training verbeterden, tDCS in combinatie met training van het werkgeheugen selectief voordelen bood aan oudere personen (OO) met een lagere werkgeheugencapaciteit.
Opvallend genoeg ontdekten ze ook dat de prestaties met tDCS-stimulatie slechter waren bij jongere ouderen, die juist significant hogere scores voor het werkgeheugen lieten zien met schijnstimulatie.
Er is meer onderzoek nodig, maar dit is mogelijk zeldzaam bewijs dat de voordelen van neurostimulatie of neuromodulatie zeer neurologisch specifiek zijn.
Daarnaast heeft een vergelijkbare elektrische stimulatietechniek, transcraniële wisselstroomstimulatie (tACS), waarbij zwakke wisselstroom wordt gebruikt om verhoogde hersenactiviteit op te wekken, voor het eerst aangetoond dat deze significante veranderingen in de cognitie kan teweegbrengen.
In een onderzoek dat in Nature werd gepubliceerd, voerden 150 mensen tussen de 65 en 88 jaar een taak uit waarbij ze een woordenlijst moesten onthouden. Deze taak duurde 20 minuten, terwijl hun hersenen werden gestimuleerd met elektrische schokken. Dit werd gedurende 4 dagen herhaald.
In tegenstelling tot schijnstimulatie lieten de resultaten zien dat de geheugenprestaties gedurende de vier dagen verbeterden en dat deze verbeteringen zelfs een maand later nog aanhielden.
Wellicht nog overtuigender is dat wanneer gebieden in de prefrontale cortex die geassocieerd worden met langetermijngeheugen werden gestimuleerd, de prestaties verbeterden bij het onthouden van woorden aan het begin van de lijst. Wanneer gebieden in de pariëtale kwab die betrokken zijn bij het werkgeheugen werden gestimuleerd, verbeterde het onthouden van woorden aan het einde van de lijst.
De resultaten zijn veel overtuigender dan die van andere studies op dit gebied. Dit komt mogelijk doordat de elektrische stimulatie over meerdere dagen werd verspreid in plaats van in één sessie. Hoe dan ook, het lijkt er nu op dat tACS een positieve rol kan spelen bij het verbeteren van de hersenfuncties.
Studie 1: Oudere volwassenen met een lager werkgeheugen hebben baat bij transcraniële gelijkstroomstimulatie in combinatie met werkgeheugentraining, Sara Assecondi et al.
Studie 2: Langdurige, onderscheidbare verbetering van het werkgeheugen en het langetermijngeheugen bij oudere volwassenen door middel van repetitieve neuromodulatie, Shey Grover, et al.
Hoewel er veel wetenschappelijk debat is geweest over de effectiviteit van hersentrainingstechnieken, heeft nieuw onderzoek overtuigend aangetoond dat een cognitieve training van vier weken de groeimindset bij kinderen van 7 tot 10 jaar aanzienlijk kan verbeteren.
Een groeimindset is gebaseerd op de overtuiging dat iemands intelligentie kan veranderen door inspanning, wat gepaard gaat met:
- toegenomen leerlust
- positieve kijk op inspanning
- bereidheid om uitdagingen aan te gaan
Naast het afnemen van metingen van de groeimindset vóór en na de training, werden er ook gedetailleerde fMRI-scans gemaakt. Naast de directe transfer die in de metingen naar voren kwam, onthulden de scans positieve neurologische veranderingen in meerdere hersengebieden die cruciaal zijn voor cognitieve controle, motivatie en geheugen.
De plasticiteit van de cortico-striatale circuits bleek een sterke voorspeller te zijn van welke kinderen het meeste baat hadden bij de training.
Metingen van een groeimindset vóór de training waren ook geassocieerd met betere wiskundige vaardigheden na de training, wat suggereert dat een hogere mate van een groeimindset leidde tot betere wiskundige prestaties tijdens de training. Opvallend genoeg lieten kinderen met lagere wiskundige vaardigheden vóór de training echter een grotere vooruitgang zien in hun groeimindset als reactie op de training.
Omdat positieve invloeden op een groeimindset op jonge leeftijd een grote invloed kunnen hebben op de ontwikkelingsweg van een kind, tonen de resultaten aan dat cognitieve training de potentie heeft om de algehele levensuitkomsten te verbeteren.
Studie: Cognitieve training bevordert een groeigerichte mindset bij kinderen door plasticiteit van cortico-striatale circuits, Lang Chen, et al.
Welkom bij de afdeling Onderzoek en Strategie van [bedrijfsnaam] in de snel veranderende wereld van vandaag.
Een op bewijs gebaseerde discussie over de vraag of activiteiten zoals kruiswoordpuzzels en Sudoku de hersengezondheid daadwerkelijk verbeteren, met een verduidelijking van wat ze wel en niet bevorderen, en waarom de voordelen vaak verkeerd worden begrepen.
Bekijk deze uitstekende inzichten over de rol van neurowetenschap in sportprestaties.
Ontdek de opmerkelijke neuroplasticiteit van je hersenen.
NeuroTracker is een van de meest onderzochte systemen voor cognitieve training en wordt wereldwijd gebruikt in de topsport, het leger en voor het verbeteren van menselijke prestaties. Het is gebaseerd op 20 jaar neurowetenschappelijk onderzoek.
.png)