Welkom bij de afdeling Onderzoek en Strategie van [bedrijfsnaam] in de snel veranderende wereld van vandaag.
De ontdekkingen in de neurowetenschappen volgen elkaar jaar na jaar op, en het tempo blijft maar doorgaan. Van in het laboratorium gekweekte mini-hersenen tot kunstmatige intelligentie die evolutionaire geheimen van het menselijk brein ontrafelt: 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 waarbij diepe hersenstimulatie (DBS) wordt gebruikt om depressieve symptomen adaptief te behandelen, maar alleen wanneer ze zich voordoen. Bij diepe hersenstimulatie worden elektroden in de hersenen geïmplanteerd om elektrische stroompjes af te geven die de hersenactiviteit beïnvloeden.
Eerdere studies hebben beperkt succes geboekt met de behandeling van depressie met DBS, omdat de apparaten slechts in één hersengebied een constante elektrische stimulatie konden afgeven. Depressie kan echter verschillende hersengebieden beïnvloeden en de neurale signalen van depressie kunnen onvoorspelbaar toe- en afnemen.
Met als doel een soort pacemaker voor de hersenen te creëren, ontcijferden de wetenschappers een nieuwe neurale biomarker. Dit specifieke patroon van hersenactiviteit voorspelt effectief het begin van symptomen. Met deze kennis ontwikkelde het team een nieuwe DBS-technologie die alleen activeert wanneer en waar dit patroon wordt herkend.
Deze vorm van 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 aandoening veroorzaakt. Bij de eerste proef werd deze op maat gemaakte DBS-methode getest bij een patiënt met een ernstige depressie, en de test verliep uitstekend. De symptomen van de patiënt namen vrijwel onmiddellijk af, en dit effect hield langdurig aan.
In het COVID-tijdperk, waarin angst en psychische problemen steeds vaker voorkomen, zou deze aanpak een onschatbare, medicijnvrije therapie kunnen blijken voor honderden miljoenen mensen.
Net als bij lichtgolven kunnen mensen slechts een relatief klein spectrum van de geluidsgolven om ons heen waarnemen. We kunnen doorgaans alleen frequenties tussen 20 Hz en 20.000 Hz horen; daarboven spreken we van ultrageluid. Dit is het frequentiebereik waarin dieren zoals vleermuizen actief zijn, en dat ook gebruikt wordt bij echografie in de medische wereld.
Wetenschappers van de Aalto Universiteit hebben een nieuwe, geavanceerde technologie gebruikt om een apparaat te ontwikkelen dat mensen in feite een gehoor geeft dat vergelijkbaar is met dat van vleermuizen. Dit houdt niet alleen in dat ze frequenties van ver boven de 20.000 Hz kunnen horen, maar ook dat ze de richting en afstand van geluidsbronnen kunnen bepalen. Biologen kunnen hierdoor bijvoorbeeld vleermuizen volgen die zich normaal gesproken nauwelijks kunnen verstoppen tijdens hun vlucht, en hun positie lokaliseren.
Het systeem werkt door ultrageluid op te nemen via een bolvormige microfoonarray. Deze array detecteert ultrasone geluiden en zet de toonhoogte met behulp van een computer om in hoorbare frequenties. De omgezette geluidsgolven worden vervolgens in realtime via een koptelefoon afgespeeld. Het vermogen om normaal gesproken onhoorbare geluiden waar te nemen, kan waardevolle industriële toepassingen hebben, bijvoorbeeld om anders geruisloze gaslekken te detecteren en te lokaliseren.
Hoewel neurowetenschappen een relatief jong en snelgroeiend wetenschapsgebied zijn, is kunstmatige intelligentie (AI) veel nieuwer en groeit het nog sneller. Onderzoekers van MIT hebben de mogelijkheden van een combinatie van deze twee wetenschapsgebieden aangetoond.
Met behulp van machine learning hebben ze ontdekt dat kunstmatige neurale netwerken in slechts enkele minuten zelf kunnen leren ruiken, waarbij ze de reukcircuits in de hersenen van zoogdieren nabootsen. Dit is opmerkelijk, omdat het gebruikte algoritme geen kennis had van de miljoenen jaren evolutie die nodig waren om reuk biologisch te ontwikkelen.
Maar verbazingwekkend genoeg bootste het kunstmatige neurale netwerk de biologische activiteit van geur zo nauwkeurig na dat het aantoonde dat het reuknetwerk van de hersenen wiskundig geoptimaliseerd is voor zijn functie.
Deze nauwkeurige nabootsing van de natuurlijke structuur van hersencircuits door onafhankelijke machine learning zou wel eens een nieuw tijdperk kunnen inluiden, waarin AI ons de innerlijke geheimen van de biologische evolutie onthult. De reukzin is het beginpunt in 2021, maar wie weet waar dit toe kan leiden…
Onderzoekers van UC San Francisco hebben een nieuw type spraakneuroprothese voor patiënten met verlammingen die hen belemmeren te spreken. De methode werd met succes gedemonstreerd op een man met een ernstig beschadigde hersenstam, wat leidde tot algehele verlamming.
Opmerkelijk genoeg 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 klanken die we tijdens een gesprek gebruiken, te articuleren. Zelfs wanneer we niet kunnen bewegen, kunnen deze signalen nog steeds vanuit de hersenen worden verzonden.
Met behulp van hersenactiviteitsmetingen bij epilepsiepatiënten ontwikkelden de wetenschappers een methode om in realtime instructies aan de stemspieren om te zetten in woorden. Aan de hand van deze neurale patronen konden ze 50 verschillende veelvoorkomende woorden betrouwbaar herkennen op het moment dat de patiënt eraan dacht.
Het enige dat nodig was, was dat de patiënt een elektrodenarray met hoge dichtheid droeg om neurale activiteit op te vangen en te registreren, die signalen uit de spraakmotorische cortex registreerde. Hierdoor konden tot 18 woorden per minuut met 93% nauwkeurigheid worden vertaald. Het voordeel voor de patiënt was dat hij alleen maar hoefde te doen alsof hij echt sprak en hij kon honderden verschillende zinnen communiceren met de woordenschat van 50 woorden.
Hoewel deze doorbraak zich lijkt te beperken tot verlamde patiënten, ervaren we elke nacht verlamming wanneer we dromen (tenzij we slaapwandelen). Als deze aanpak voldoende is doorontwikkeld, zou het bijvoorbeeld de weg kunnen banen naar het vertalen van onze gedachten tijdens de slaap!
Technisch gezien worden ze 'hersenorganoïden' genoemd. Mini-hersenen kunnen worden gekweekt uit geïnduceerde pluripotente stamcellen. Deze stamcellen kunnen worden afgenomen uit de huid of het bloed van een persoon en hebben het potentieel om zich te ontwikkelen tot elk type cel. Het voordeel hiervan is dat celstructuren die normaal gesproken zeer moeilijk toegankelijk zijn, in principe kunnen worden gekweekt en geïsoleerd voor onderzoek. Dit is met name relevant voor de hersenen, hoewel eerdere mini-hersenen beperkte functionele structuren hadden.
De doorbraak van wetenschappers aan de UCLA dit jaar heeft de structurele complexiteit enorm vergroot door aggregaten van organoïden te kweken tot complexe driedimensionale hersenstructuren. De onderzoekers namen stamcellen van patiënten met het Rett-syndroom (een aandoening met epileptische aanvallen) en slaagden erin mini-hersenen te kweken met functionele activiteit die vergelijkbaar is met delen van de menselijke hersenen. Hierdoor konden ze op een veilige en succesvolle manier patronen van elektrische activiteit observeren die lijken op het begin van een epileptische aanval.
Dit onderzoek toont voor het eerst aan dat bepaalde 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 mini-hersenen kunnen worden gekweekt om aspecten van zowel normale als pathologische hersenfuncties na te bootsen, en om medicijnen en behandelingen te testen zonder risico's voor mens of dier.
Het menselijk brein is enorm groot, dus er zijn nog steeds duidelijke beperkingen wat betreft de complexiteit van de hersenstructuren die bestudeerd kunnen worden, maar dit opkomende neurowetenschappelijke domein heeft onmiskenbaar een sciencefictionachtig potentieel.
Door de exponentiële groei van de rekenkracht in de afgelopen decennia zijn microchips elk jaar kleiner geworden. Technologisch georiënteerde neurowetenschappers van Brown University hebben nu een draadloze computer ontwikkeld die zo klein is dat hij nauwelijks met het blote oog te zien is. Deze 'neurograins' – omdat ze ongeveer zo groot zijn als een zoutkorrel – zijn ontwikkeld om hersenactiviteit te volgen en te monitoren.
Deze ultrakleine computers kunnen elektrische activiteit van nabijgelegen neuronen registreren en hun gegevens draadloos verzenden. Het doel was om een nieuw type hersen-computerinterface (BCI) te ontwikkelen, waarbij een netwerk van deze minisensoren gezamenlijk belangrijke aspecten van de hersenactiviteit kan volgen en de informatie naar een nabijgelegen centrale kan sturen.
In een proof-of-concept-experiment hebben de onderzoekers een netwerk ingezet om de neurale activiteit van een knaagdier met een veel grotere nauwkeurigheid te registreren dan ooit tevoren. Deze registratie van hersensignalen met ongekende details bevindt zich nog in een vroeg stadium, maar de technologische doorbraak biedt veel potentie om hersengolven om te zetten in nuttige acties in de praktijk, zonder enige fysieke inspanning.
Dit jaar is een nieuw type micro-elektrodenarray gebruikt om een vorm van kunstmatig zicht te creëren via een visuele prothese. Wetenschappers van de Universiteit van Utah, verbonden aan het John A. Moran Eye Center, ontwikkelden het apparaat om neuronale activiteit in de visuele cortex te registreren en te stimuleren.
Het in het oog geïmplanteerde systeem ontvangt visuele informatie via een bril met een kleine videocamera. De gegevens worden verwerkt door gespecialiseerde software. Het apparaat activeert vervolgens neuronen in het netvlies om fosfenen te produceren, alsof ze lichtpuntjes ontvangen. Hierdoor kunnen de hersenen basale beelden van lijnen en vormen waarnemen.
Deze methode is getest op een volledig blinde patiënt en bleek effectief, zonder complicaties van de operatie of de neuronale stimulatie. Bij deze eerste test werd slechts één array gebruikt. Het volgende doel is echter om 7 tot 10 arrays te gebruiken om gedetailleerdere beelden te genereren, waardoor blinde mensen daadwerkelijk visueel in de wereld kunnen navigeren.
Onderzoekers van Northwestern University hebben een nieuwe klasse van 'dansende moleculen' toegepast om weefsel te herstellen bij ernstige ruggenmergletsels en verlamming succesvol om te keren. Het 'dansende' aspect houdt in dat de beweging van deze moleculen zodanig wordt gemanipuleerd dat ze zich een weg kunnen banen naar normaal gesproken onbereikbare cellulaire receptoren, om deze aan te zetten tot het herstellen van zenuwweefsel.
Deze ogenschijnlijk magische moleculen werken door een cascade van signalen op gang te brengen, waardoor axonen worden aangezet tot regeneratie en neuronen na letsel kunnen overleven door de aanmaak van verschillende nieuwe celtypen te stimuleren. Dit ondersteunt op zijn beurt de hergroei van verloren bloedvaten, die nodig zijn voor celherstel.
Uit tests met muizen bleek dat een enkele injectie met de moleculaire therapie ertoe leidde dat de verlamde muizen binnen vier weken weer konden lopen. Handig is dat de stoffen twaalf weken later (ruim na volledig herstel) biologisch afbreken tot voedingsstoffen voor de cellen, zonder bijwerkingen, en zo op natuurlijke wijze uit het lichaam verdwijnen.
Virtuele realiteit (VR) wordt al tientallen jaren door psychofysici gebruikt om te onderzoeken hoe we zintuiglijke informatie waarnemen. Dit jaar hebben onderzoekers van de Universiteit van Basel, de oudste universiteit van Zwitserland, een virtual reality-applicatie ontwikkeld om hoogtevrees daadwerkelijk te behandelen.
genaamd Easyheights, is compatibel met smartphones en biedt exposuretherapie met behulp van 360°-beelden van echte locaties. Gebruikers dragen een VR-bril en staan op een platform dat begint op een meter hoogte en vervolgens geleidelijk hoger wordt naarmate de gebruikers wennen aan elke hoogte. Het werkt door de zintuiglijke blootstelling aan hoogte te vergroten zonder de angst te verhogen.
Een klinische studie toonde de effectiviteit aan van deze immersieve behandelmethode, die leidde tot een significante vermindering van fobieën in reële hoogtesituaties. De voordelen werden al na slechts vier uur thuistraining ervaren. Deze ontdekking laat zien hoe de combinatie van neurowetenschappelijke kennis met hedendaagse technologieën de levenskwaliteit van mensen op een laagdrempelige manier klinisch kan verbeteren.
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)