Welkom bij de onderzoeks- en strategiediensten in het snelle tempo van vandaag.
Jaar na jaar is het tempo van de ontdekkingen in de neurowetenschappen zowel opwindend als meedogenloos. Van in het laboratorium gekweekte mini-hersenen tot kunstmatige intelligentie die evolutionaire geheimen van het menselijk brein blootlegt: geniet van deze 7 van de meest verbazingwekkende doorbraken van 2021.
Een onderzoeksteam van de Universiteit van Californië in San Francisco heeft met succes een methode ontwikkeld die gebruik maakt van diepe hersenstimulatie (DBS) om depressieve symptomen adaptief te behandelen, alleen wanneer ze zich voordoen. Diepe hersenstimulatie omvat het implanteren van elektroden in de hersenen om elektrische stromen te leveren om de hersenactiviteit te veranderen.
Eerdere onderzoeken hebben beperkt succes gehad bij de behandeling van depressie met DBS, omdat apparaten slechts in één deel van de hersenen constante elektrische stimulatie konden leveren. Depressie kan echter verschillende delen van de hersenen beïnvloeden, en de neurale kenmerken van depressie kunnen onvoorspelbaar stijgen en dalen.
Met als doel een pacemaker voor de hersenen te creëren, hebben de wetenschappers een nieuwe neurale biomarker gedecodeerd. Dit specifieke patroon van hersenactiviteit voorspelt effectief het begin van symptomen. Met deze kennis heeft het team een nieuwe DBS-technologie aangepast die alleen wordt geactiveerd wanneer en waar het dat patroon herkent.
Het type automatische therapie op aanvraag is indrukwekkend omdat de functionele reacties uniek zijn voor zowel de hersenen van de patiënt als het neurale circuit dat de ziekte veroorzaakt. In de eerste proef werd deze aangepaste DBS-methode getest bij een patiënt die aan een ernstige depressie leed en met vlag en wimpel geslaagd. Vrijwel onmiddellijk werden de symptomen van de patiënt verlicht, en dit bleef op de lange termijn het geval.
In het COVID-tijdperk, waarin angst en geestelijke gezondheidsproblemen steeds vaker voorkomen, zou deze aanpak voor honderden miljoenen mensen een medicijnvrije therapie van onschatbare waarde kunnen zijn.
Net als lichtgolven kunnen mensen slechts een relatief klein spectrum waarnemen van de geluidsgolven die om ons heen reizen. Normaal gesproken kunnen we alleen frequenties tussen 20 Hz en 20.000 Hz waarnemen, daarbuiten wordt dit als ultrasoon beschouwd. Dit is het frequentiebereik waarin dieren zoals vleermuizen opereren, en ook wat wordt gebruikt bij medische ultrageluidscans.
Een nieuwe methode die gebruik maakt van geavanceerde technologie is ontwikkeld door wetenschappers van de Universiteit van Aalto en heeft geleid tot een apparaat dat mensen in feite gehoor geeft op vleermuisniveau . Dit omvat niet alleen het vermogen om frequenties tot ver boven de 20.000 Hz te horen, maar ook om de richting en afstand van de geluidsbronnen te onderscheiden. Voor biologen stelt het mensen bijvoorbeeld in staat om anders sluipende vleermuizen tijdens de vlucht te volgen en hun posities te lokaliseren.
Het werkt door echografie op te nemen via een bolvormige microfoonarray, die ultrasone geluiden detecteert en een computer gebruikt om de toonhoogte naar hoorbare frequenties te vertalen. Vervolgens speelt het de geconverteerde geluidsgolven in realtime af via een hoofdtelefoon. Het kunnen waarnemen van normaal onhoorbare geluiden zou waardevolle industriële toepassingen kunnen hebben, bijvoorbeeld het kunnen horen en lokaliseren van anderszins stille gaslekken.
Hoewel de neurowetenschappen een relatief jong en snelgroeiend wetenschapsdomein is, is kunstmatige intelligentie (AI) zowel veel nieuwer als sneller groeiend. Het potentieel van het combineren van deze twee wetenschapsgebieden is onthuld door onderzoekers van MIT .
Met behulp van machinaal leren hebben ze ontdekt dat kunstmatige neurale netwerken in slechts een paar minuten zelf kunnen leren ruiken, waarbij ze feitelijk de reukcircuits in de hersenen van zoogdieren nabootsen. Dit is diepgaand omdat het algoritme dat aan het werk werd gezet geen kennis had van de miljoenen jaren evolutie die nodig was om biologisch geur te ontwikkelen.
Maar verbazingwekkend genoeg repliceerde het kunstmatige neurale netwerk de biologische geuractiviteit zo nauwkeurig dat het onthulde dat het reuknetwerk van de hersenen wiskundig geoptimaliseerd is voor zijn functie.
Deze nauwkeurige nabootsing van de natuurlijke structuur van circuits in de hersenen door onafhankelijk machinaal leren kan een nieuw tijdperk inluiden, waarin AI ons de innerlijke geheimen van de biologische evolutie leert. Reukzin is het uitgangspunt in 2021, maar wie weet waar dit toe kan leiden…
Onderzoekers van UC San Francisco hebben een nieuw soort spraak-neuroprothese voor patiënten met verlammingen waardoor ze niet kunnen praten. De methode werd met succes gedemonstreerd bij een man met een ernstig beschadigde hersenstam, waardoor het hele lichaam verlamd raakte.
Enigszins opmerkelijk werkt het door spraakgerelateerde hersensignalen te detecteren die de stembanden aansturen. Wanneer we spreken, hebben de stembanden complexe motorische instructies nodig om de grote verscheidenheid aan geluiden die we gebruiken tijdens gesprekken te kunnen articuleren. Zelfs als je niet kunt bewegen, kunnen deze signalen nog steeds vanuit de hersenen worden verzonden.
Met behulp van hersenopnames van epilepsiepatiënten ontwikkelden de wetenschappers een methode voor het realtime decoderen van instructies aan de stemspieren in woorden. Uit deze neurale patronen konden ze op betrouwbare wijze vijftig verschillende veelvoorkomende woorden onderscheiden wanneer de patiënt ze dacht.
Het enige dat nodig was, was dat de patiënt een elektrode-array met hoge dichtheid droeg om neurale activiteit vast te leggen en vast te leggen, die signalen van de spraakmotorische cortex registreerde. Hierdoor konden 18 woorden per minuut worden vertaald met een nauwkeurigheid van 93%. Het voordeel voor de patiënt was dat hij gewoon moest doen alsof hij echt sprak en dat hij honderden verschillende zinnen kon overbrengen uit de woordenschat van 50 woorden.
Hoewel deze doorbraak beperkt lijkt tot verlamde patiënten, ondergaan we elke nacht verlamming als we dromen (tenzij we slaapwandelen). Als deze aanpak voldoende wordt ontwikkeld, kan deze aanpak bijvoorbeeld de weg vrijmaken voor het vertalen van onze gedachten terwijl we slapen!
Technisch gezien 'hersenorganoïden' genoemd, kunnen minihersenen worden gekweekt uit geïnduceerde pluripotente stamcellen . Deze stamcellen kunnen uit de huid of het bloed van een persoon worden gehaald en kunnen in elk type cel veranderen. Het voordeel is dat celstructuren die normaal gesproken zeer moeilijk toegankelijk zijn, in principe kunnen worden gekweekt en geïsoleerd voor onderzoek. Dit is vooral relevant voor de hersenen, maar eerdere minihersenen hadden beperkte functionele structuren.
De doorbraak van dit jaar door wetenschappers van de UCLA heeft de structurele complexiteit gekatapulteerd door aggregaten van organoïden te laten groeien om complexe driedimensionale hersenstructuren te vormen. De onderzoekers namen stamcellen van patiënten met het Rett-syndroom (een aandoening met epileptische aanvallen) en waren in staat minihersenen te laten groeien met een functionele activiteit die vergelijkbaar is met delen van menselijke hersenen. Dit betekende dat ze veilig en met succes patronen van elektrische activiteit konden observeren die lijken op het begin van aanvallen.
Dit onderzoek laat voor het eerst zien dat sommige aspecten van de hersenfunctie in het laboratorium kunnen worden geïsoleerd en bestudeerd tot op het niveau van individuele levende cellen. Het belangrijkste voordeel is dat deze minihersenen kunnen worden gekweekt om aspecten van zowel normale als zieke hersenfuncties te repliceren, en om medicijnen en behandelingen te testen zonder risico's voor mens of dier.
De schaal van het menselijk brein is enorm, dus er zijn nog steeds duidelijke beperkingen in termen van de complexiteit van hersenstructuren die kunnen worden bestudeerd, maar dit opkomende domein van de neurowetenschappen heeft duidelijk een sciencefictionachtig potentieel.
Met de exponentiële groei van de rekenkracht van de afgelopen decennia zijn microchips elk jaar steeds kleiner geworden. Op technologie gerichte neurowetenschappers van de Brown University hebben nu een draadloze computer ontwikkeld die zo klein is dat hij gemakkelijk door het menselijk oog kan worden gemist. Ze worden ‘neurograins’ genoemd – omdat ze ongeveer zo groot zijn als een zoutkorrel – en zijn ontwikkeld om de hersenactiviteit te volgen en te monitoren.
Deze ultrakleine computers kunnen de elektrische activiteit van nabijgelegen neuronen registreren en hun gegevens draadloos verzenden. Het doel was om een nieuw type brain-computer interface (BCI)-systeem te ontwikkelen, waarbij een netwerk van minisensoren gezamenlijk betekenisvolle aspecten van hersenactiviteit kan volgen en de informatie naar een nabijgelegen hub kan sturen.
In een proof-of-concept-experiment hebben de onderzoekers een netwerk ingezet om de neurale activiteit van een knaagdier met veel grotere nauwkeurigheid te registreren dan ooit tevoren. Het vastleggen van hersensignalen in ongekend detail bevindt zich nog in de beginfase, maar de technologische doorbraak belooft veel voor de mogelijkheid om hersengolven om te zetten in nuttige acties uit de echte wereld, zonder enige fysieke inspanning.
Dit jaar is een nieuw type micro-elektrode-array gebruikt om via een visuele prothese een vorm van kunstmatig zicht te creëren. Wetenschappers van de Universiteit van Utah van het John A. Moran Eye Center hebben het apparaat gebouwd om neuronale activiteit in de visuele cortex te registreren en te stimuleren.
De array wordt in het oog geïmplanteerd en ontvangt visuele informatie via een bril met daarin een kleine videocamera, waarbij de gegevens worden verwerkt door gespecialiseerde software. Het apparaat activeert vervolgens retinale neuronen om fosfenen te produceren, alsof ze lichtpunten ontvangen. Hierdoor kunnen basisbeelden van lijnen en vormen door de geest worden waargenomen.
Deze methode, die werd uitgeprobeerd bij een volledig blinde patiënt, bleek effectief en bracht geen complicaties met zich mee als gevolg van de operatie of de neuronale stimulatie. In deze eerste test werd slechts één array gebruikt. Het volgende doel is echter om zeven tot tien arrays te gebruiken om meer gedetailleerde beelden te leveren waarmee blinde mensen daadwerkelijk visueel door de wereld kunnen navigeren.
Onderzoekers van de Northwestern University hebben een nieuwe klasse 'dansende moleculen' toegepast om weefsel bij ernstige verwondingen aan het ruggenmerg te herstellen en verlammingen met succes ongedaan te maken . Het dansgedeelte omvat het manipuleren van de beweging van deze moleculen, zodat ze zich een weg kunnen banen naar normaal gesproken onmogelijk bereikbare cellulaire receptoren, om hen ertoe aan te zetten zenuwweefsel te repareren.
Deze ogenschijnlijk magische moleculen werken door trapsgewijze signalen uit te zenden, waardoor axonen worden gestimuleerd om te regenereren en neuronen te helpen overleven na een verwonding door de geboorte van een verscheidenheid aan nieuwe celtypen aan te moedigen. Dit ondersteunt op zijn beurt de hergroei van verloren bloedvaten die nodig zijn voor cellulaire genezing.
Getest bij muizen, leidde slechts een enkele injectie van de moleculaire therapie ertoe dat de verlamde muizen binnen vier weken weer konden lopen. Enigszins handig, 12 weken later (ruim nadat het herstel voltooid is), worden de materialen zonder enige bijwerkingen biologisch afgebroken tot voedingsstoffen voor de cellen, waardoor ze op natuurlijke wijze uit het lichaam verdwijnen.
Virtual Reality (VR) wordt al tientallen jaren door psychofysici gebruikt om te onderzoeken hoe we zintuiglijke informatie waarnemen. Dit jaar ontwikkelden onderzoekers van de Universiteit van Basel, de oudste universiteit van Zwitserland, een virtual reality-applicatie om hoogtefobieën daadwerkelijk te behandelen .
genaamd Easyheights , biedt belichtingstherapie met behulp van 360°-beelden van echte locaties. Met het dragen van een VR-headset staan gebruikers op een platform dat één meter boven de grond begint en vervolgens geleidelijk stijgt naarmate de gebruiker aan elk hoogteniveau acclimatiseert. Het werkt door de zintuiglijke blootstelling aan hoogte te vergroten zonder het niveau van angst te verhogen.
Een klinische proef heeft de werkzaamheid van deze meeslepende behandelvorm aangetoond, waardoor de fobie in situaties op echte hoogte aanzienlijk afneemt. De voordelen werden ervaren met slechts vier uur thuistraining. Deze ontdekking laat zien hoe het combineren van neurowetenschappelijke kennis met de huidige technologieën de levenskwaliteit van mensen klinisch kan verbeteren op manieren die gemakkelijk toegankelijk zijn.
Welkom bij de onderzoeks- en strategiediensten in het snelle tempo van vandaag.
Hier zijn enkele fascinerende neurowetenschappelijke bevindingen over het menselijk brein die u misschien nog niet kent.
Een diversiteit aan NeuroTracker-onderzoeksbenaderingen heeft geleid tot een aantal fascinerende inzichten over hoe de hersenen de menselijke prestaties en welzijn beïnvloeden
Krijg een overzicht van de tests die zijn ontworpen om te decoderen hoe uw grijze massa functioneert.
Het #1 meest wetenschappelijk gevalideerde cognitieve trainingssysteem ter wereld. Gebouwd op 20 jaar neurowetenschappelijk onderzoek door toonaangevende autoriteiten in hun vakgebied. Verbeter uw hersenen en prestaties.
