Welkom bij de afdeling Onderzoek en Strategie van [bedrijfsnaam] in de snel veranderende wereld van vandaag.
Met doorbraken die zich sneller voltrekken dan in welk ander wetenschapsgebied dan ook, is er de afgelopen jaren enorm veel gebeurd in de neurowetenschappen. Hier zijn 22 werkelijk verbluffende neurowetenschappelijke studies die onze vooroordelen over wie we zijn, of wie we zouden kunnen zijn, op de proef stellen.
Eerder dit jaar ontwikkelden wetenschappers van MIT een nieuwe techniek om structurele mapping (hersenanatomie) te combineren met functionele mapping (hoe de hersenen zich gedragen) – de eerste keer dat dit op een degelijke manier is gelukt. Bovendien is dit gedaan bij levende muizen, waarbij de mapping in realtime werd uitgevoerd over verschillende hersengebieden. Deze video geeft een idee van hoe fascinerend het is om te zien hoe de koppeling tussen hersenstructuren en de levende hersenactiviteit verandert als reactie op het tonen van verschillende beelden aan een muis.
derde-harmonische generatie (THGdriefotonenmicroscopie met retinotopische mapping, waardoor activiteit in diep hersenweefsel kan worden waargenomen via elektrische signalen.
Het biedt bovendien een verbluffende resolutie, waardoor individuele neuronen en hun substructuren bestudeerd kunnen worden, evenals fijne bloedvaten en myeline – een soort isolator waarvan bekend is dat deze een cruciale factor is in de verwerkingssnelheid van de hersenen.
Deze studie richtte zich op de visuele centra van de hersenen, maar dezelfde methode kan worden gebruikt om andere hersengebieden te bestuderen. Het belooft een krachtig instrument te worden voor het begrijpen van verschillen tussen gezonde en zieke hersentoestanden, en hoe de hersenen reageren op omgevingsprikkels.
Stanford University heeft een belangrijke doorbraak bereikt met een nieuwe bifocale microscopietechniek genaamd COSMOS. Hun onderzoek legde de neurale activiteit in de gehele hersenschors van een muizenbrein vast.
Deze signalen werden geregistreerd door de hersenen vanuit drie verschillende hoeken te filmen en vervolgens de signalen computergestuurd te extraheren om een live video te creëren van de macroscopische activiteit in de linker- en rechterhersenhelft. Hier is een voorbeeld waarin je letterlijk de opmerkelijke elektrische activiteit van een echt brein in actie ziet.
Naarmate de hersenschors complexere cognitieve functies op een hoger niveau verwerkt, kunnen meer mysterieuze gedragingen, zoals besluitvormingsprocessen, nu op een globale manier worden ontrafeld. Denk bijvoorbeeld aan het verband tussen beslissingen die afhankelijk zijn van zintuiglijke waarneming en motorische functies (bedenk wat er allemaal bij komt kijken om te beslissen welke kant je op moet om een aanstormende auto te ontwijken).
De onderzoekers verwachten ook dat COSMOS een goedkope methode zal zijn om de effecten van psychiatrische medicijnen te screenen, zodat deze verder ontwikkeld kunnen worden om functioneel effectiever te zijn.
Zoals we in een eerder blogbericht, kwam een belangrijke doorbraak voor Google's DeepMind -programma voor kunstmatige intelligentie voort uit het nabootsen van de neocorticale kolommen van de menselijke hersenen. Dit leidde tot een enorm toegenomen intelligentie met een fractie van de rekenkracht. Als gevolg hiervan heeft deze op de mens gebaseerde AI nu de beste schakers, Go-spelers en e-sporters ter wereld in hun eigen disciplines overtroffen.
Hoewel het mechanisme nog niet volledig begrepen is, vervult slaap een cruciale functie voor de hersenen van zoogdieren en mensen, en ernstige problemen ontstaan bij slaapgebrek . Dit jaar ontdekte het Los Alamos National Laboratory dat de pulserende computernetwerken van AI-systemen ook een soort slaapgebrek ervaren, waardoor ze instabiel worden wanneer ze gedurende lange perioden zonder rust functioneren. Wanneer ze echter in een netwerktoestand worden gebracht die vergelijkbaar is met de hersengolven die we tijdens de slaap ervaren, wordt de optimale werking hersteld.
Dit klinkt misschien niet als een grote gebeurtenis, maar de vooruitgang in AI zal waarschijnlijk de manier waarop we leven ingrijpend veranderen. De bevindingen suggereren ook dat de samensmelting van neurowetenschappen en AI een nieuw tijdperk van superslimme computers zou kunnen inluiden.
Een minuscuul hersenapparaatje is gebruikt om de levenskwaliteit te verbeteren van patiënten met ernstige verlamming van de bovenste ledematen als gevolg van motorneuronziekte. In deze proef werd de nieuwe microtechnologie in de hersenen van de deelnemers geïmplanteerd.
Het apparaat, genaamd Stentrode™, werd via een kijkoperatie in de nek ingebracht en van daaruit via de bloedvaten naar de motorische cortex verplaatst. Deze minimaal invasieve methode vermijdt de risico's en herstelcomplicaties die gepaard gaan met een open hersenoperatie.
Het implantaat maakt gebruik van draadloze technologie om specifieke neuronale activiteit naar een computer te sturen, waar deze wordt omgezet in acties op basis van de intenties van de patiënten. Verbazingwekkend genoeg stelde deze kleine chip de patiënten in staat om handelingen uit te voeren zoals klikken en inzoomen, en te schrijven met een nauwkeurigheid van 93%, waardoor ze dingen konden doen die wij als vanzelfsprekend beschouwen, zoals sms'en, e-mailen en online winkelen.
Het is nog erg vroeg, maar het minimaal invasieve karakter van de behandeling laat het grote potentieel zien van micro-neurotechnologieën om mensen met allerlei cognitieve beperkingen te helpen.
In 2018 berichtten we dat wetenschappers hadden geleerd hoe ze stamcellen konden herprogrammeren tot specifieke neuronen. Dit jaar hebben onderzoekers van vier verschillende Amerikaanse universiteiten een grotere stap gezet richting de heilige graal van levensverlenging. Door gennetwerken te identificeren die celregeneratie reguleren, zijn ze erin geslaagd normale cellen te manipuleren om te veranderen in progenitorcellen, die zich vervolgens kunnen ontwikkelen tot elk celtype om stervende cellen te vervangen.
Hun proof-of-concept werd uitgevoerd met gliacellen van zebravissen, die ze effectief omzetten in stamcellen. Deze stamcellen konden vervolgens beschadigde netvliescellen opsporen en herstellen om het verminderde gezichtsvermogen te verbeteren.
Celsterfte, of apoptose, speelt een grote rol in het onvermijdelijke natuurlijke verouderingsproces bij mensen. De onderzoekers geloven dat het proces voor het regenereren van neuronen in de hersenen vergelijkbaar zal zijn. Als dit lukt, zal het enorme gevolgen hebben voor aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer, waarbij grote delen van de hersenen verloren kunnen gaan door het afsterven van neuronen. Het zou ook een rol kunnen spelen bij het voorkomen van de vele bijwerkingen van natuurlijke veroudering in de hersenen, waardoor mensen langer en gezonder in topconditie kunnen blijven tot op hoge leeftijd.
In plaats van stervende cellen te vervangen, hebben wetenschappers van de Universiteit van Heidelberg belangrijke processen geïdentificeerd die betrokken zijn bij het afsterven van hersencellen, neurodegeneratie. Het ging hierbij om het ontdekken van het proces waarbij de opname van glutamaat door cellen celdood voorkomt bij gezonde mensen, maar inactief wordt bij aandoeningen zoals een beroerte, waarbij de zuurstofvoorziening naar de hersencellen beperkt raakt.
Dit leidt er in feite toe dat cellen zichzelf doden, simpelweg omdat ze niet de juiste chemische signalen ontvangen om in leven te blijven. De onderzoekers ontwikkelden vervolgens een speciale klasse remmers die kunnen ingrijpen en het cellulaire 'doodcomplex' kunnen deactiveren voordat het optreedt.
te zijn zeer effectief in het beschermen van zenuwcellen, wat hopelijk zal leiden tot een nieuwe klasse behandelingsopties voor neurodegeneratieve ziekten.
Onderzoekers van de Universiteit van Aarhus hebben met behulp van geavanceerde PET- en MRI-beeldvormingstechnieken aangetoond dat de ziekte van Parkinson in werkelijkheid uit twee verschillende varianten.
Bij één variant begint de ziekte in de darmen en verspreidt zich vervolgens via zenuwverbindingen naar de hersenen. Bij de andere variant begint de ziekte in de hersenen en verspreidt zich dan naar de darmen en andere organen. Deze video geeft een uitstekend overzicht.
Hoewel het geen genezing biedt, is het een belangrijke stap in de goede richting om de ziekte in een vroeg stadium te kunnen opsporen en preventieve maatregelen te nemen. Het kan bijvoorbeeld leiden tot behandelingen die voorkomen dat de ziekte de hersenen bereikt, waar de effecten na verloop van tijd slopend worden. Het is ook een belangrijk onderdeel van de complexe wisselwerking tussen onze darmen en onze hersenen, wetenschappelijk bekend als de darm-hersenas.
Wetenschappers van de Universiteit van Cambridge en Imperial College London hebben een nieuw type AI-algoritme dat verschillende soorten hersenbeschadigingen kan detecteren, onderscheiden en identificeren aan de hand van topografische CT-scangegevens.
CT-scans verzamelen een enorme hoeveelheid data, waarvan de analyse door experts uren kan duren. Daarbij is het nodig om meerdere scans over een bepaalde periode te evalueren om herstelprocessen of de voortgang van een ziekte te kunnen volgen. Deze nieuwe AI-tool lijkt beter dan menselijke experts in staat om dergelijke veranderingen te detecteren, en is bovendien veel sneller en goedkoper.
Hun onderzoek toonde bijvoorbeeld aan dat de software zeer effectief is in het automatisch kwantificeren van de progressie van verschillende soorten hersenbeschadigingen, waardoor voorspeld kan worden welke beschadigingen groter zullen worden. De innovatieve toepassing van dit type AI ter ondersteuning van menselijke analyses is waarschijnlijk de eerste van vele die de medische diagnostiek op kosteneffectieve wijze zullen transformeren.
Super-agers zijn mensen bij wie de cognitieve vaardigheden ver boven die van hun leeftijdsgenoten op hoge leeftijd blijven, en die tot ver in hun zeventiger en tachtiger jaren een jeugdige mentale capaciteit behouden. Tot nu toe was het geheim achter het behoud van hun topvorm grotendeels onbekend.
Het Universitair Ziekenhuis Keulen en het Onderzoekscentrum Jülich hebben een belangrijk biologisch verschil. Met behulp van PET-scans hebben ze aangetoond dat superouderen een aanzienlijk verhoogde weerstand hebben tegen tau- en amyloïde-eiwitten. Tot voor kort bleken deze eiwitten moeilijk te bestuderen.
Super-ouderen hebben ook lagere niveaus van tau- en amyloïdepathologie, wat op zijn beurt bij de meeste mensen op latere leeftijd leidt tot verschillende vormen van neurodegeneratie. Het is nu vastgesteld dat een verminderde weerstand tegen tau- en amyloïdeaccumulatie een primaire biologische factor is voor het verlies van optimale cognitieve functies.
Nieuw onderzoek kan zich richten op deze processen om manieren te vinden om mentale achteruitgang in het algemeen te genezen, en om therapieën te ontwikkelen ter bescherming tegen vormen van dementie die zich al voordoen.
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.
Op dit moment bouwen neurowetenschappers van het Max Planck Instituut voor Evolutionaire Antropologie letterlijk 'miniatuurhersenen' die genetisch zijn getransplanteerd met meerdere varianten van Neanderthaler-DNA. Met behulp van de futuristische biotechnologie CRISPRter grootte van een linze minihersenen clusters van levende neuronen bevatten, gekweekt uit stamcellen, die daadwerkelijke hersenactiviteit vertonen.
Hoewel ze te klein zullen zijn om complex gedrag zoals communicatie te omvatten, wordt verwacht dat ze verschillen zullen onthullen in fundamentele hersenactiviteit die Neanderthalers mogelijk hadden. Op deze manier biedt genetica een soort historische telescoop voor de neurowetenschappen, waardoor ze een blik kunnen werpen op de werking van oude hersenen. Dit alles op basis van DNA dat tienduizenden jaren bewaard is gebleven in botfragmenten.
En als je denkt dat dit zoiets simpels is als een paar cellen in een petrischaaltje… dan heb je het mis. De Duitse onderzoekers zijn van plan om de mini-hersenen van Neanderthalers aan robots te koppelen om hun gedrag te observeren. Nog ambitieuzer dan het plot van een futuristische sciencefictionfilm, en als het lukt, is het ronduit verbijsterend wat er in de komende jaren mogelijk zal zijn – Neanderthaler robot-huishoudsters, iemand?!
Een van de grootste uitdagingen voor neurowetenschappers is dat het erg moeilijk is om levende hersenen te bestuderen. Zelfs bij recent overleden personen ontbinden neuronen zich in de uren na de dood razendsnel en vallen ze letterlijk uiteen. Om deze uitdaging aan te gaan, hebben gedreven neurowetenschappers van de Yale University een baanbrekende biotechnologie ontwikkeld, genaamd BrainEx. Dit hightech ondersteuningssysteem is ontworpen om hersencellen in leven te houden, net zoals haar en nagels na de dood blijven groeien.
De onderzoekers testten de technologie door BrainEx te gebruiken om de synaptische activiteit en de bloedcirculatie te herstellen in een varkensbrein dat vier uur dood was geweest. Het brein was uit het varken verwijderd en gereanimeerd met een kunstmatige bloedtoevoer met behulp van een gepatenteerde mix van beschermende, stabiliserende en contrastmiddelen. Dit gebeurde vlak voordat de afbraak van cellulaire en moleculaire functies begon. De afbeelding hieronder toont het verschil tussen een normaal afbrekend varkensbrein 10 uur na de dood (links) en gezond uitziende cellen in het gereanimeerde varkensbrein (rechts).
En nu komt het zombiegedeelte. Hoewel de neuronen in leven werden gehouden, was er geen functionele activiteit op hoger niveau in de hersencircuits – dus tegelijkertijd levend én dood. Deze omslag van Frankenstein-achtige fictie naar non-fictie laat zien hoe neurowetenschap grote ethische vraagstukken van het filosofische naar het praktische niveau kan tillen.
De biotechnologie is echter niet beperkt tot zombievarkens; in principe werkt het met elk soort zoogdierbrein... inclusief dat van mensen! De doorbraak heeft een enorm potentieel om onze kennis over de werking van ons eigen brein te verbeteren. Tegelijkertijd lijkt het wel angstaanjagend dicht in de buurt te komen van het terugbrengen van de doden tot leven.
Een positiever nieuwsfeit is dat in 2019 ook een computersysteem werd ontwikkeld dat hersenactiviteit kan omzetten in gesynthetiseerde spraak. Het systeem werkt door de bewegingen van de spieren die bij spraak betrokken zijn te decoderen via zenuwimpulsen die worden geanalyseerd door middel van elektrofysiologische activiteit. De resultaten van een experiment aan de Universiteit van Californië in San Francisco toonden aan dat een prototypeversie, mits langzaam gesproken, met succes taal kon interpreteren aan de hand van spierzenuwsignalen.
De onderzoekers verwachten de biotechnologie te verbeteren tot een natuurlijke spreeksnelheidvan ongeveer 150 woorden per minuut. Dat is echter al opmerkelijk, aangezien alleen hersensignalen worden gemeten. In deze video wordt gedemonstreerd hoe patronen van hersenactiviteit in de somatosensorische cortex van de spreker, die vervolgens worden gedecodeerd tot bewegingen van het spraakkanaal, kunnen worden geïnterpreteerd als taal.
Veel wetenschappers hebben al eerder geprobeerd dit probleem op te lossen, maar zonder succes. Deze onderzoekers kozen voor een nieuwe aanpak door kunstmatige intelligentiemodellen te ontwikkelen voor het simuleren van spraakkanalen. De AI leerde zichzelf vervolgens aan de hand van een bibliotheek met gegevens uit spraakexperimenten en trainde zijn neurale netwerken om taal te kunnen decoderen aan de hand van vocale bewegingen. Deze ontwikkelingen zouden belangrijke stappen kunnen zijn in het simuleren van de menselijke biologie in computerprogramma's voor onderzoeksdoeleinden.
Vanuit medisch oogpunt kunnen veel patiënten met keel- of neurologische aandoeningen, zoals beroertes of verlammingen, hun spraakvermogen volledig verliezen. Deze neurotechnologie, in combinatie met een smartphone, zou mensen zonder spraakvermogen in staat kunnen stellen om in realtime en op een normale manier te praten, simpelweg door eraan te denken.
Omdat de gesimuleerde stem echter slechts een klein deel van de hersenactiviteit hoeft te lezen en de spraak naar vrijwel elke computer kan worden verzonden, zou iedereen in principe in stilte en onopvallend met iedereen kunnen communiceren die een smartphone en een koptelefoon heeft. Aangezien dit systeem tweewegcommunicatie mogelijk maakt, is het een letterlijke neurotechnologische oplossing voor menselijke telepathie. De mogelijkheden zijn eindeloos.
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)