Anderhalf jaar na zijn presidentschap daagde John F. Kennedy Amerikaanse wetenschappers uit om tegen het einde van het decennium Amerikanen naar de maan te krijgen. Op zijn recente State of the Union-toespraak liet Barack Obama weten wat zijn versie van reiken naar de maan zou kunnen worden - hij zou graag willen dat wetenschappers het mysterie van de hersenen oplossen.
Obama's missie zou een zwaardere lift zijn.
Hij ging niet diep in op details, behalve dat hij hersenonderzoek aanhaalde als een uitstekend voorbeeld van hoe de overheid 'in de beste ideeën kan investeren'. Maar vorige week vulde een verhaal in de New York Times van John Markoff veel van de spaties in . Obama's grote ambitie is iets dat de Brain Activity Map wordt genoemd - het wordt al simpelweg BAM genoemd - en het zou een enorme gezamenlijke onderzoeksinspanning vereisen waarbij neurowetenschappers, overheidsinstellingen, particuliere stichtingen en technologiebedrijven betrokken zijn, met het werkelijk afschrikwekkende doel om erachter te komen hoe het brein genereert eigenlijk gedachten, herinneringen en bewustzijn.
Een antwoord voor de ziekte van Alzheimer?
Het Witte Huis zal naar verwachting zijn grote plan al volgende maand officieel onthullen als onderdeel van zijn budgetvoorstel. De speculatie is dat het de komende 10 jaar maar liefst $ 3 miljard kan kosten.
Nu lijkt het misschien een vreemde tijd om projecten te pitchen met een prijskaartje van $ 300 miljoen per jaar, wat wordt verwacht met de beslaglegging op budget-hacking later deze week. Dat is de reden waarom, hoewel Obama weinig details had, hij er wel degelijk een punt in legde om de hersenkarteringmissie te vergelijken met het Human Genome Project - een belangrijk onderzoeksinitiatief dat door de federale overheid wordt gefinancierd om alle genen in menselijk DNA in kaart te brengen. Het kostte uiteindelijk $ 3, 8 miljard, maar het bereikte zijn doel twee jaar eerder, in 2003, en tot 2010 keerde het volgens een impactstudie $ 800 miljard terug naar de economie.
Het lijdt geen twijfel dat BAM een grote invloed zou kunnen hebben op het helpen van wetenschappers om te begrijpen wat er in de hersenen gebeurt om depressie of schizofrenie of autisme te veroorzaken. En het zou zeker een zegen kunnen zijn voor farmaceutische bedrijven die miljarden hebben uitgegeven, zonder geluk, om een remedie voor de ziekte van Alzheimer te vinden. Sinds 1998 zijn er meer dan 100 mislukte pogingen gedaan om een behandeling voor Alzheimer te vinden, die naar verwachting tegen 2050 115 miljoen mensen over de hele wereld treft.
Het draait allemaal om de tools
Het is duidelijk dat er genoeg medische redenen zijn om te proberen de hersenen te ontrafelen, maar wat zijn, realistisch gezien, de vooruitzichten? Natuurlijk hebben hersenscans wetenschappers geholpen om te zien welke delen van de hersenen actiever zijn tijdens verschillende soorten gedrag, maar dat is een beeld van 30.000 voet. Het vertelt hen vrijwel niets over hoe individuele hersencellen informatie overdragen en nog minder over hoe neurale netwerken dat in gedrag veranderen.
In de afgelopen jaren hebben onderzoekers grote vooruitgang geboekt bij het begrijpen van hoe het brein is georganiseerd via het Human Connectome Project, gefinancierd door de National Institutes of Health. Maar dat is ontworpen om meer van een statische kaart van neurale verbindingen te maken.
De volgende cruciale stap is om in realtime te kunnen zien hoe informatie via die verbindingen wordt verwerkt en welke verschillende neuronen onderdeel worden van dat proces. Of zoals bioloog George Church van Harvard, een van de wetenschappers die vorig jaar BAM in een paper heeft voorgesteld, het heeft uitgelegd: "We willen niet alleen de draden zien, maar ook de berichten die over de draden gaan."
De sleutel is hoe snel technologie kan worden ontwikkeld waarmee wetenschappers een denkproces kunnen volgen door elke zweep van alle duizenden, en mogelijk miljoenen, betrokken neuronen op te nemen. Met de huidige technologie kunnen ze de activiteit van ongeveer 100 neuronen tegelijkertijd registreren, een veel te klein deel van het neurale netwerk om veel van alles te helpen verklaren. Maar zoals Greg Miller in een recent stuk op de Wired- website opmerkte, zijn er verschillende geavanceerde biologische of nano-tools in de maak, waaronder een die 'honderdduizenden nanodraadelektroden zou kunnen verpakken in flexibele platen die zich aanpassen aan het oppervlak van de hersenen en afluisteren op neuronen met minimale weefselschade. "
Is groter echt beter?
Veel neurowetenschappers zullen blij zijn als BAM wordt gefinancierd. Maar niet alles. Sommigen hebben er al op gewezen dat je het echt niet kunt vergelijken met het Human Genome Project, noch met de missie naar de maan. Beide pogingen, hoewel zeer uitdagend, hadden duidelijk definieerbare doelen. Maar hoe identificeer je succes voor BAM? Zou het kunnen registreren van de activiteit van honderdduizenden neuronen echt verklaren hoe denken gebeurt? Niemand weet het echt.
Andere wetenschappers maken zich zorgen dat BAM, vanwege zijn hoge zichtbaarheid, dollars kan onttrekken aan ander neurowetenschappelijk onderzoek. Sommige schrijvers hebben zelfs het spook van geestbeheersing naar voren gebracht, vooral omdat een van de overheidsinstanties die hierbij betrokken zijn DARPA is, het agentschap van het ministerie van Defensie dat experimentele technologie financiert.
Gary Marcus, die in The New Yorker schrijft, beweert dat een project als BAM effectiever zou zijn als het niet zo monolithisch was. Hij stelt dat het in vijf kleinere projecten moet worden opgedeeld, die elk op een ander aspect van de hersenfunctie zijn gericht.
Maar hij waarschuwt ook dat als het Congres zou proberen het geld voor een groot neurowetenschappelijk project te pony's, het risico bestaat dat het ironisch genoeg een braindrain in gang zet. In januari heeft een groep Europese landen meer dan $ 1 miljard toegewezen aan hun eigen enorme neurowetenschappelijke onderneming, het Human Brain Project, dat alle hersenprocessen in een computer probeert te simuleren.
Schrijft Marcus:
“Of het nu zijn grote doel bereikt of niet, het Europese project zal zeker leiden tot een aanzienlijk aantal kleinere wetenschappelijke vooruitgang. Als de VS niet volgen, verliezen we onze voorsprong in neurowetenschappen en blijven we waarschijnlijk achter bij een aantal van de grootste game-veranderende industrieën aan de horizon, zoals kunstmatige intelligentie op menselijk niveau en directe hersencomputer interfaces - hoewel beide velden in de Verenigde Staten zijn ontstaan. ”
Breinbrekers
Hier zijn enkele andere recente bevindingen uit hersenonderzoek:
- Van muizen en mannen die muizen in de gaten hielden : onderzoekers in Stanford waren in staat de hersenactiviteit van muizen in realtime te volgen nadat ze hun hersenen met fluorescerende eiwitten hadden verbonden. Ze konden zien welke delen van hun hersenen gloeiden terwijl ze rond een kooi renden.
- Betekent dit dat een vogel een liedje in zijn hoofd kan krijgen ?: En een team van wetenschappers van de Duke University ontdekte dat vogels die kunnen zingen en geluiden nabootsen genen in hun hersenen hebben die kunnen worden in- en uitgeschakeld op manieren die vergelijkbaar zijn met die van menselijke hersenen.
- Ze verlicht een baarmoeder: voor het eerst vertoonden MRI's van het ontwikkelen van menselijke foetussen communicatiesignalen tussen verschillende delen van hun hersenen. Wetenschappers van de Wayne State University in Michigan hopen dat hun onderzoek zal leiden tot vroege behandelingen voor autisme en ADHD.
- Maar er is nog niets gezegd over hoe voet in de mond komt: onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Francisco, hadden het spraakproces in kaart gebracht, het neurale netwerk uiteengezet dat het laat gebeuren, van de zenuwen die de kaken, lippen en tong beheersen voor degenen die het strottenhoofd manipuleren.
- Praten over een eiwitboost: er is een biologische verklaring voor waarom vrouwen meer praten dan mannen. Studies hebben aangetoond dat vrouwen gemiddeld 20.000 woorden per dag spreken, terwijl mannen gemiddeld ongeveer 7.000 spreken. Volgens een studie die vorige week in het Journal of Neuroscience is gepubliceerd, kan het zijn omdat ze de neiging hebben om hogere niveaus van een eiwit in hun hersenen te hebben dat gekoppeld is aan verbale communicatie.
Videobonus: een BBC-journalist krijgt een rondleiding door de bedrading op zijn eigen hersenen.
Meer van Smithsonian.com
Een meer menselijk kunstmatig brein
Brain Science: 10 studies die je hoofd binnenkomen
