Telepathie, circa 23e eeuw: de Vulcan-geest meldt, bereikt door de tempels met de vingertoppen aan te raken, is een geaccepteerde techniek voor het bevorderen van de plot van een "Star Trek" -aflevering met een minimum aan dialoog, door zintuiglijke indrukken, herinneringen en gedachten te delen tussen niet-menselijke karakters.
Gerelateerde lezingen
Voorbij grenzen
Kopengerelateerde inhoud
- Deze slag van genie kan je toelaten om met je hersenen te schrijven
Telepathy, 2015: In het Centre for Sensorimotor Neural Engineering van de Universiteit van Washington trekt een jonge vrouw een elektro-encefalogramdop aan, bezaaid met elektroden die de minieme spanningsschommelingen in haar hersenen kunnen aflezen. Ze speelt een spel en beantwoordt vragen door haar blik te richten op een van de twee stroboscooplampen met het label 'ja' en 'nee'. Het 'ja'-lampje knippert 13 keer per seconde, het' nee 'bij 12 en het verschil is te klein voor haar om waar te nemen, maar voldoende voor een computer om het vuren van neuronen in haar visuele cortex te detecteren. Als de computer bepaalt dat ze naar het 'ja'-licht kijkt, stuurt het een signaal naar een kamer in een ander gebouw, waar een andere vrouw zit met een magnetische spoel achter haar hoofd. Een "ja" -signaal activeert de magneet en veroorzaakt een korte verstoring in het gezichtsveld van het tweede onderwerp, een virtuele flits (een "fosfeen") die zij beschrijft als verwant aan het verschijnen van hittebliksem aan de horizon. Op deze manier worden de antwoorden van de eerste vrouw overgebracht naar een andere persoon op de campus, waardoor “Star Trek” nog beter wordt: informatie-uitwisseling tussen twee geesten die zich niet eens op dezelfde plek bevinden.
Voor bijna de hele geschiedenis van de mensheid stonden alleen de vijf natuurlijke zintuigen bekend als een weg naar de hersenen, en taal en gebaar als kanalen. Nu overschrijden onderzoekers die grenzen van de geest, verplaatsen ze informatie in en uit en door ruimte en tijd, manipuleren deze en verbeteren ze mogelijk. Dit experiment en andere zijn een 'demonstratie geweest om het gesprek op gang te brengen', zegt onderzoeker Rajesh Rao, die het samen met zijn collega Andrea Stocco leidde. Het gesprek, dat waarschijnlijk een groot deel van deze eeuw de neurowetenschappen zal domineren, houdt de belofte in van nieuwe technologie die de manier waarop we dementie, beroerte en ruggenmergletsels behandelen dramatisch zal beïnvloeden. Maar het zal ook gaan over de ethiek van krachtige nieuwe hulpmiddelen om het denken te verbeteren, en uiteindelijk over de aard van bewustzijn en identiteit.
Die nieuwe studie is voortgekomen uit Rao's werk in 'hersen-computerinterfaces', die neurale impulsen verwerken tot signalen die externe apparaten kunnen besturen. Het gebruik van een EEG om een robot te besturen die door een kamer kan navigeren en objecten kan oppikken - wat Rao en zijn collega's al in 2008 hebben aangetoond - kan op een dag gemeengoed zijn voor quadriplegics.
Robotskeletten met tactiele sensoren, hier vastgehouden door Miguel Nicolelis, detecteren veranderingen in positie, temperatuur en druk en sturen die informatie naar de hersenen. (Paulo Whitaker / Reuters / Corbis) 
Om de hersenen niet-invasief te volgen, past Rajesh Rao deelnemers aan de studie met EEG-caps en voegt geleidende gel toe zodat de hoofdhuid en elektroden goed contact maken. (Jose Mandojana) 
De apparatuur die de onderzoekers in de demonstratie gebruikten, was een EEG-kap, EEG-elektroden, kabels, een schakelkast en een signaalversterker. (Jose Mandojana) 
Apen in een recent onderzoek gebruikten hun hersenen om een virtuele arm te besturen en virtuele objecten te manipuleren. Elektrische signalen die naar de hersenen worden teruggevoerd, bootsten de tastzin na. (Nicolelis Lab) 
Onderzoekers overschrijden de grenzen van de geest en verplaatsen informatie in en uit en door ruimte en tijd. (Jose Mandojana) 
Onderzoekers van de Universiteit van Washington Rajesh Rao (links) en Andrew Stocco (rechts) nemen deel aan de eerste hersen-tot-herseninterfacedemonstratie. (Universiteit van Washington ) In wat Rao zegt, was het eerste exemplaar van een bericht dat rechtstreeks van het ene menselijke brein naar het andere werd gestuurd, hij nam Stocco in dienst om een basisspel van het type "Space Invaders" te helpen spelen. Terwijl de ene persoon de aanval op een scherm zag en communiceerde met behulp van alleen het beste moment om te vuren, kreeg de andere een magnetische impuls waardoor zijn hand, zonder bewuste inspanning, op een knop op een toetsenbord drukte. Na enige oefening, zegt Rao, zijn ze er behoorlijk goed in geworden.
"Dat is leuk, " zei ik, toen hij de procedure aan mij beschreef. 'Kun je hem zover krijgen dat hij piano speelt?'
Rao zuchtte. "Niet met alles wat we nu gebruiken."
Ondanks dat de wetenschap de afgelopen decennia de hersenen heeft bestudeerd en in kaart heeft gebracht, blijft de geest een zwarte doos. Een beroemd essay uit 1974 van de filosoof Thomas Nagel vroeg: "Hoe is het om een vleermuis te zijn?" En concludeerde dat we het nooit zullen weten; een ander bewustzijn - van iemand anders, laat staan een lid van een andere soort - kan nooit worden begrepen of benaderd. Voor Rao en een paar anderen om die deur te openen, is een kleine scheur dan een opmerkelijke prestatie, zelfs als het werk vooral heeft onderstreept hoe groot een uitdaging het is, zowel conceptueel als technologisch.
De rekenkracht en de programmering zijn klaar voor de uitdaging; het probleem is de interface tussen hersenen en computer, en vooral degene die in de richting van computer naar hersenen gaat. Hoe geef je een signaal af aan de juiste groep zenuwcellen onder de geschatte 86 miljard in een menselijk brein? De meest efficiënte aanpak is een geïmplanteerde transceiver die bedraad kan zijn om kleine hersengebieden te stimuleren, zelfs tot een enkel neuron. Dergelijke apparaten worden al gebruikt voor 'diepe hersenstimulatie', een techniek voor het behandelen van patiënten met Parkinson en andere aandoeningen met elektrische impulsen. Maar het is één ding om een hersenoperatie uit te voeren voor een ongeneeslijke ziekte, en iets anders om het te doen als onderdeel van een experiment waarvan de voordelen op zijn best speculatief zijn.
Dus gebruikte Rao een techniek waarbij de schedel niet werd geopend, een fluctuerend magnetisch veld om een kleine elektrische stroom in een hersengebied te veroorzaken. Het lijkt veilig - zijn eerste vrijwilliger was zijn medewerker, Stocco - maar het is een grof mechanisme. Het kleinste gebied dat op deze manier kan worden gestimuleerd, zegt Rao, is niet echt een halve inch breed. Dit beperkt de toepassing ervan tot grove motorbewegingen, zoals het raken van een knop of eenvoudige ja-of-nee-communicatie.
Een andere manier om informatie over te dragen, genaamd gefocust echografie, lijkt in staat te zijn om een hersengebied zo klein als een rijstkorrel te stimuleren. Terwijl de medische toepassingen voor echografie, zoals beeldvorming en weefselablatie, hoge frequenties gebruiken, van 800 kilohertz tot het megahertz-bereik, ontdekte een team onder leiding van Harvard-radioloog Seung-Schik Yoo dat een frequentie van 350 kilohertz goed werkt en blijkbaar veilig, om een signaal naar de hersenen van een rat te sturen. Het signaal was afkomstig van een menselijke vrijwilliger uitgerust met een EEG, die zijn hersengolven bemonsterde; toen hij zich concentreerde op een specifiek patroon van lichten op een computerscherm, stuurde een computer een echosignaal naar de rat, die zijn staart in reactie daarop bewoog. Yoo zegt dat de rat geen nadelige effecten vertoonde, maar de veiligheid van gerichte echografie op het menselijk brein is onbewezen. Een deel van het probleem is dat, in tegenstelling tot magnetische stimulatie, het mechanisme waardoor ultrasone golven - een vorm van mechanische energie - een elektrisch potentiaal creëren niet volledig wordt begrepen. Een mogelijkheid is dat het indirect werkt door de blaasjes, of zakjes, in de hersencellen te "openen" en ze te laten vollopen met neurotransmitters, zoals het afleveren van een shot dopamine op precies het juiste gebied. Als alternatief kan de echografie cavitatie - borrelen - in het celmembraan veroorzaken, waardoor de elektrische eigenschappen ervan veranderen. Yoo vermoedt dat de hersenen receptoren bevatten voor mechanische stimulatie, inclusief echografie, die grotendeels over het hoofd zijn gezien door neurowetenschappers. Zulke receptoren zouden het fenomeen 'sterren zien' of lichtflitsen verklaren, bijvoorbeeld door een klap op het hoofd. Als gerichte echografie veilig is en een uitvoerbare benadering van een computer-herseninterface wordt, zou dit een breed scala aan onontdekte - in feite nauwelijks ingebeelde - mogelijkheden openen.
Directe verbale communicatie tussen individuen - een meer verfijnde versie van Rao's experiment, waarbij twee verbonden mensen expliciete verklaringen uitwisselen alleen al door ze te denken - is de meest voor de hand liggende toepassing, maar het is niet duidelijk dat een taal die taal bezit een meer technologisch geavanceerde manier nodig heeft om te zeggen: Ik ben te laat, 'of zelfs' ik hou van je '. John Trimper, een promovendus van de Emory University in de psychologie, die heeft geschreven over de ethische implicaties van hersen-op-hersen-interfaces, speculeert dat de technologie, ' vooral via draadloze uitzendingen, waardoor soldaten of politie - of criminelen - uiteindelijk tijdens operaties stil en heimelijk kunnen communiceren. 'Dat zou in de verre toekomst zijn. Tot nu toe reisde de meest inhoudrijke boodschap van mens op mens van een onderwerp in India naar een onderwerp in Straatsburg, Frankrijk. De eerste boodschap, moeizaam gecodeerd en gedecodeerd in binaire symbolen door een in Barcelona gevestigde groep, was " hola ". Met een meer geavanceerde interface kan men zich bijvoorbeeld een verlamd slachtoffer voorstellen dat communiceert met een verzorger - of zijn hond. Maar als hij zegt: "Breng me de krant", dan zijn er spraaksynthesizers - en robots - die dat kunnen. Maar wat als de persoon Stephen Hawking is, de grote natuurkundige die ALS heeft getroffen, die communiceert door een wangspier te gebruiken om de eerste letters van een woord te typen? De wereld zou zeker kunnen profiteren van een direct kanaal naar zijn geest.
Misschien denken we nog steeds te klein. Misschien is een analoog aan natuurlijke taal niet de moordenaar-app voor een hersen-tot-herseninterface. In plaats daarvan moet het iets meer globaals, ambitieuzer zijn - informatie, vaardigheden, zelfs ruwe sensorische input. Wat als studenten geneeskunde een techniek rechtstreeks uit de hersenen van 's werelds beste chirurg zouden kunnen downloaden, of als muzikanten rechtstreeks toegang zouden hebben tot de herinnering aan een grote pianist? “Is er maar één manier om een vaardigheid te leren?” Mijmert Rao. "Kan er een kortere weg zijn, en is dat vals spelen?" Het hoeft niet eens een ander menselijk brein aan de andere kant te betrekken. Het zou een dier kunnen zijn - hoe zou het zijn om de wereld te ervaren door geur, als een hond - of door echolocatie, als een vleermuis? Of het kan een zoekmachine zijn. "Het is vreemdgaan voor een examen als je je smartphone gebruikt om dingen op internet op te zoeken, " zegt Rao, "maar wat als je al via je hersenen verbonden bent met internet? In toenemende mate is de mate van succes in de samenleving hoe snel we toegang krijgen tot de informatie die er is, niet die u in uw eigen geheugen kunt proppen, verwerken en gebruiken. Nu doen we het met onze vingers. Maar is er inherent iets verkeerd aan het doen alleen door na te denken? '
Of het kan je eigen brein zijn, geüpload op een bepaald moment en digitaal bewaard voor toekomstige toegang. "Laten we zeggen dat je jaren later een beroerte hebt", zegt Stocco, wiens eigen moeder een beroerte had in haar vijftiger jaren en nooit meer liep. “Nu ga je revalideren en het is alsof je weer helemaal leert lopen. Stel dat je die vaardigheid gewoon in je hersenen zou kunnen downloaden. Het zou niet perfect werken, hoogstwaarschijnlijk, maar het zou een grote voorsprong zijn om dat vermogen terug te winnen. ”
Miguel Nicolelis, een creatieve neurowetenschapper van de hertog en een betoverende docent op het TED Talks-circuit, kent de waarde van een goede demonstratie. Voor het WK 2014 werkte Nicolelis - een in Brazilië geboren voetballiefhebber - samen met anderen om een robotisch exoskelet te bouwen dat werd bestuurd door EEG-impulsen, waardoor een jonge dwarslaesie de ceremoniële eerste trap kon afleveren. Veel van zijn werk gaat nu over hersen-tot-hersencommunicatie, vooral in de zeer esoterische technieken van het koppelen van geesten aan het samenwerken aan een probleem. De geest is geen mens, dus hij kan elektrode-implantaten gebruiken, met alle voordelen van dien.
Een van zijn meest opvallende experimenten betrof een paar laboratoriumratten, die samen leerden en synchroon liepen terwijl ze communiceerden via hersensignalen. De ratten werden getraind in een omhulling met twee hendels en een licht boven elk. Het linker- of rechterlampje zou knipperen en de ratten leerden de overeenkomstige hendel in te drukken om een beloning te ontvangen. Vervolgens werden ze gescheiden en elk uitgerust met elektroden op de motorcortex, verbonden via computers die breinimpulsen van één rat (de "encoder") bemonsterd, en stuurden een signaal naar een seconde (de "decoder"). De "encoder" -rat zou één licht zien flitsen - zeg, de linker - en op de linkerhendel drukken voor zijn beloning; in het andere vak zouden beide lichten knipperen, zodat de "decoder" niet zou weten welke hendel hij moest indrukken - maar bij het ontvangen van een signaal van de eerste rat ging hij ook naar links.
Nicolelis voegde een slimme draai toe aan deze demonstratie. Toen de decoderrat de juiste keuze maakte, werd hij beloond en kreeg de encoder ook een tweede beloning. Dit diende om de (onbewuste) neurale processen die in zijn hersenen werden bemonsterd te versterken en te versterken. Als resultaat werden beide ratten nauwkeuriger en sneller in hun antwoorden - "een paar onderling verbonden hersenen ... informatie overdragen en in realtime samenwerken." In een andere studie bedraadde hij drie apen om een virtuele arm te besturen; elk kon het in één dimensie verplaatsen en terwijl ze naar een scherm keken, leerden ze samen te werken om het naar de juiste locatie te manipuleren. Hij zegt dat hij zich kan voorstellen om deze technologie te gebruiken om een slachtoffer van een beroerte te helpen bepaalde vaardigheden terug te krijgen door zijn hersenen te netwerken met die van een gezonde vrijwilliger, en geleidelijk de proporties van de input aan te passen totdat de hersenen van de patiënt al het werk doen. En hij gelooft dat dit principe voor onbepaalde tijd kan worden uitgebreid, om miljoenen hersenen aan te trekken om samen te werken in een 'biologische computer' die vragen aanpakte die niet in binaire vorm konden worden gesteld of beantwoord. Je zou dit netwerk van hersenen kunnen vragen naar de zin van het leven - je krijgt misschien geen goed antwoord, maar in tegenstelling tot een digitale computer zou 'het' de vraag tenminste begrijpen. Tegelijkertijd bekritiseert Nicolelis de inspanningen om de geest na te bootsen in een digitale computer, hoe krachtig ook, zeggend dat ze 'nep en een verspilling van miljarden dollars' zijn. De hersenen werken volgens verschillende principes en modelleren de wereld naar analogie . Om dit over te brengen, stelt hij een nieuw concept voor dat hij "Gödeliaanse informatie" noemt, naar de wiskundige Kurt Gödel; het is een analoge weergave van de werkelijkheid die niet tot bytes kan worden herleid en die nooit kan worden vastgelegd door een kaart van de verbindingen tussen neuronen ('Upload je geest', zie hieronder). "Een computer genereert geen kennis, voert geen introspectie uit", zegt hij. "De inhoud van een rat, aap of menselijk brein is veel rijker dan we ooit zouden kunnen simuleren door binaire processen."
De voorhoede van dit onderzoek betreft echte hersenprothesen. Aan de Universiteit van Zuid-Californië ontwikkelt Theodore Berger een op microchips gebaseerde prothese voor de hippocampus, het deel van de hersenen van zoogdieren dat indrukken op korte termijn verwerkt tot herinneringen op lange termijn. Hij boort de neuronen aan de ingangszijde, voert het signaal door een programma dat de transformaties nabootst die de hippocampus normaal uitvoert, en stuurt het terug naar de hersenen. Anderen hebben de techniek van Berger gebruikt om de herinnering aan een geleerd gedrag van de ene rat naar de andere te sturen; de tweede rat leerde de taak vervolgens in veel minder tijd dan normaal. Zeker, dit werk is alleen gedaan bij ratten, maar omdat degeneratie van de hippocampus een van de kenmerken van dementie bij mensen is, wordt gezegd dat het potentieel van dit onderzoek enorm is.
Gezien de enorme claims voor het toekomstige potentieel van hersen-tot-hersencommunicatie, is het handig om enkele dingen op te noemen die niet worden geclaimd. Ten eerste is er geen implicatie dat mensen enige vorm van natuurlijke (of bovennatuurlijke) telepathie bezitten; de spanningen die in je schedel flikkeren, zijn gewoon niet sterk genoeg om door een ander brein te worden gelezen zonder elektronische verbetering. Evenmin kunnen signalen (met enige technologie die wij bezitten of voorzien) heimelijk of op afstand worden verzonden of ontvangen. De werking van je geest is veilig, tenzij je iemand anders de sleutel geeft door je te onderwerpen aan een implantaat of een EEG. Het is echter niet te vroeg om de ethische implicaties van toekomstige ontwikkelingen te overwegen, zoals het vermogen om gedachten bij andere mensen te implanteren of hun gedrag (bijvoorbeeld gevangenen) te beheersen met behulp van apparaten die voor die doeleinden zijn ontworpen. "De technologie overtreft op dit moment het ethische discours", zegt Trimory van Emory, "en dat is waar het moeilijk gaat worden." Bedenk dat veel van het hersenverkeer in deze experimenten - en zeker iets zoals de visie van Nicolelis op honderden of duizenden hersenen samenwerken - betekent communiceren via internet. Als u zich nu zorgen maakt over het hacken van uw creditcardgegevens, wat zou u dan denken van het verzenden van de inhoud van uw geest naar de cloud? Er is echter een ander spoor waarop hersen-naar-hersencommunicatie wordt bestudeerd. Uri Hasson, een neuroloog in Princeton, gebruikt functionele magnetische resonantiebeeldvorming om te onderzoeken hoe het ene brein het andere beïnvloedt, hoe ze worden gekoppeld in een ingewikkelde dans van signalen en feedbacklussen. Hij concentreert zich op een communicatietechniek die hij veruit superieur vindt aan EEG's die worden gebruikt met transcraniële magnetische stimulatie, is niet-invasief en veilig en vereist geen internetverbinding. Het is natuurlijk taal.
