Flickr / Mikey G Ottawa

De eeuw van het brein

De eenentwintigste eeuw wordt de eeuw van het brein. Met onvoorstelbare snelheid stapelen de ontdekkingen en toepassingen in dit wetenschapsveld zich op en het einde lijkt nog lang niet in zicht. Deze week viert defusie met een Nobelprijsweek de innovatie en vooruitstrevendheid van de wetenschap en wetenschappers. Het is niet toevallig dat onder de prijzen twee thema’s zitten die duidelijke roots hebben in de neurowetenschappen: G-eiwit gekoppelde receptoren (Scheikunde) en het herprogrammeren van lichaamscellen (Fysiologie en Geneeskunde), maar wat zijn dit eigenlijk voor ontdekkingen? Waar komen ze vandaan en wat heeft de toekomst voor ons in petto?

In de jaren ‘50 ontdekten James Watson en Francis Crick (of eigenlijk nog het meest de immer vergeten Rosalind Franklin) het molecuul dat de rest van die eeuw de biologen bezig zou blijven houden: het DNA. Direct na de ontdekking van de functie van deze dubbele helix lieten biologen van allerlei pluimage hun werk vallen en stortten zich en masse op ‘the book of life’. Het was duidelijk: deze doorbraak zou antwoord geven op alle vragen over het leven en als je van enige betekenis wilde zijn in de levenswetenschappen dan moest je het zoeken in de genetica. Het lang verwachte sluitstuk van deze zoektocht werd vijftig jaar later met de nodige bombarie gepresenteerd. Er waren mensen die dachten dat hiermee het laatste stukje van de puzzel in de handen van de mensheid was. Niets bleek minder waar. Met dit project werd een enorme doos met nieuwe vragen opengetrokken en 'de oplossing' leek verder weg dan ooit. Niet dat wetenschappers dit jammer vinden overigens...

Direct na de ontdekking van het DNA lieten biologen van allerlei pluimage hun werk vallen en stortten zich en masse op ‘the book of life’.

Ook wetenschappers zijn gevoelig voor mode en trends en dus kan DNA niet eeuwig 'hot' blijven. Momenteel zien we in de biologie dan ook een revival van de gedragsbiologie (een discipline die op zijn minst retro genoemd kan worden). Ze heeft heden ten dage natuurlijk een nieuwe sexy outfit aan en nu heet ze: cognitieve neurowetenschappen. Anders dan vorige keer dat gedrag in de biologie trending was zijn biologen dit keer gewapend met de kennis en vaardigheden die zijn opgedaan in de vorige eeuw. Hiermee wordt in oogverblindend tempo gewerkt aan het ontrafelen van ’s werelds laatste mysterie: hoe werken onze hersenen? De Nobelprijzen van deze week zijn hier een goed voorbeeld van en raken aan de belangrijkste thema's in de neurowetenschappen.

De winnaars voor de Nobelprijs voor de Scheikunde raakten gebiologeerd door de structuur en functie van zogenaamde G-eiwit gekoppelde receptoren. G-eiwit gekoppelde receptoren zijn kleine ontvangertjes op het membraan van de cel die cruciaal zijn voor de informatieoverdracht tussen (zenuw)cellen. Bovendien, en zo mogelijk nog belangrijker, zetten ze allerlei cascades in werking die het functioneren van een cel op de langere termijn kunnen beïnvloeden en blijvend aan kunnen passen. Op deze manier kan informatie worden ‘opgeslagen’, wat ons een stap dichter in de buurt beweegt tot wat wij geheugen noemen. Zonder de ontdekking van het DNA waren deze ontdekkingen niet mogelijk geweest: de broncode vertelt ons immers welke bouwstenen er in een dergelijke receptor zitten en hoe je een receptor kunt herkennen en aanpassen.

Ook de trotse eigenaren van de Nobelprijs voor de Fysiologie en Geneeskunde hadden de genetische code goed gelezen en waren koppig genoeg om door te zetten in hun zoektocht. Zij waren er van overtuigd dat het mogelijk moest zijn om gespecialiseerde cellen (denk aan spiercellen, levercellen etc.) te bewegen terug te gaan in hun eigen geschiedenis en weer stamcellen te worden. Immers, alle cellen in het lichaam hebben dezelfde genetische code en uit die receptuur worden alle cellen gemaakt, je zou ze dan toch ook moeten kunnen resetten. Dit lukte en werd daarmee een bevestiging van de het centrale biologisch dogma dat wordt uitgedragen. Bovenal zal dit zeker van pas komen bij het bestrijden van hersenziekten als Alzheimer, Parkinson en Multiple Sclerose.

De futuroloog Ray Kurzweil zet in zijn standaardwerk The Singularity is Near (2005) uiteen hoe in de evolutie verschillende epochs elkaar op zullen volgen. Na de puur fysisiche en biologische epochs werd de wereld opgeschud door de ontwikkeling van hersenen. Deze hersenen waren op hun beurt in staat technologie te ontwikkelen en momenteel bevinden we ons aan de vooravond van het vijfde epoch, waarin hersenen en technologie samen zullen vloeien. De technologie wordt in staat gesteld de biologie na te bootsen en te manipuleren en daarmee het laatste bastion, intelligentie, te bestormen.

Er is geen goede reden om aan te nemen dat deze ontwikkelingen zich niet door zullen zetten in de toekomst.

De biologische techniek zal steeds meer toepassingen krijgen die navenant uitgebreider geïntegreerd kunnen worden met wat wij techniek noemen. De voortekenen dienen zich onder andere aan in onderzoek waarin apen met hun hersenactiviteit bionische armen besturen, dwarsleasiepatienten die door de stamceltherapie opstaan uit hun rolstoel en Parkinsonpatiënten die door elektrische pulsen in hun hoofd weer controle krijgen over hun lichaam. Er is geen goede reden om aan te nemen dat deze ontwikkelingen zich niet door zullen zetten in de toekomst. Hoe meer we begrijpen van de wereld om ons heen, hoe meer invloed we er op uit kunnen oefenen.

Kurzweil en anderen zijn bloedserieus wanneer zij voorspellen dat de volgende stap (Kurzweils vijfde epoch van zes) de totale versmelting van hersenen en technologie zal zijn. Immers, als je je realiseert dat leven slechts opgebouwd is uit een zwik moleculen met handige eigenschappen – zoals zichzelf organiseren, reproduceren en indien nodig elimineren – dan moet het niet onvoorstelbaar zijn dat je andere moleculen op dit systeem kunt inkoppelen. Misschien dat de ‘gewilligheid’ van de mensheid om mee te gaan in deze revolutie een probleem zou kunnen zijn, maar gezien de gretigheid waarmee de buitennatuurlijke werkelijkheid van het internet en de sociale media werden opgenomen in onze beschaving zal dit niet het grootste hangijzer zijn. In het laatste epoch neemt de gecombineerde superintelligentie van mens en machine bezit van het universum, maar daarover een volgende keer meer.

Met rasse schreden komt de toekomst naderbij en de neurowetenschappen zijn de sleutel tot vooruitgang. Goed dat het Nobelcomité dit heeft ingezien.

Gerelateerde artikelen
Reacties
3 Reacties
  • Shannon Spruit,

    Hoi Sicco,

    Ik heb eens nagedacht over je leuke column en ik ben het vooralsnog niet met je eens op twee (behoorlijk cruciale) punten. Ten eerste krijg ik het gevoel dat je wat gebiast bent over de (toekomstige) status van de neurowetenschappen. Ik weet dat je zelf tot dat veld behoort, dus het is je bij voorbaat vergeven ;). Echter volgens mij is het niet eerlijk de nobelprijs voor g-coupled receptors en dedifferentiatie van stamcellen aan de neurowetenschappen toe te schrijven. Voor zover ik weet zijn het algemeen celbiologische ontdekkingen, die zeker implicaties hebben voor de neurowetenschappen, maar evenzoveel voor alle andere biomedische velden.
    Het tweede punt betreft het werk van Ray Kurzweil. Hij is een invloedrijk man in het denken over de toekomst, maar zijn visies hoeven natuurlijk helemaal geen waarheid te worden. Halverwege schrijf je geheel in Kurzweil's straatje: "De biologische techniek zal steeds meer toepassingen krijgen die navenant uitgebreider geïntegreerd kunnen worden met wat wij techniek noemen... Er is geen goede reden om aan te nemen dat deze ontwikkelingen zich niet door zullen zetten in de toekomst." Ergens ben ik het wel met je eens, ik denk zeker dat de invloed van neurowetenschap en -techniek groot zal zijn. Echter juist in de neurowetenschappen hebben we ook bewegingen gezien die de medicalisatie en 'behandeling' van psychiatrische aandoeningen ter discussie stelde. De anti-psychiatrische beweging in de jaren 70 is een goed voorbeeld van een beweging waarbij de toen gangbare technische en medische ingrepen bij geestesziekten juist minder werden toegepast. Die voormalige patienten werden toen minder als 'ziek' en meer als 'natuurlijke variatie' gezien. Reden genoeg dus om jouw toekomstbeeld ter discussie te stellen, technologie-ontwikkeling is niet lineair.

    Ok, nu moet ik gewoon weer aan het werk. Ben benieuwd naar je reactie.

    Groetjes,

    Shannon

  • Hoi Shannon,

    Dank voor je reactie, heel fijn dat je kritisch bent over (een aantal uitspraken in) het artikel. Door de volle vaart en vogelvlucht weet ik dat ik niet iedereen kan overtuigen maar eerlijk gezegd was het doel ook meer 'begeesteren'.

    Preken vanuit de eigen parochie is hier zeker aan de orde, maar wel met een reden. De ontwikkelingen in de wetenschap en samenleving beschouwend ben ik ooit heel bewust begonnen met deze opleidingsrichting en ben alleen maar meer overtuigd geraakt van de mogelijkheden van de neurowetenschappen. Natuurlijk zijn de ontdekkingen die deze week beloond zijn met een mooie medaille van toepassing op een enorm scala van andere gebieden in de biologie maar ook zeker in de neurowetenschappen.

    Waar we nu nog heel erg denken in het verhelpen van ziekten denk ik dat het gesprek op termijn overgaat op wat de mogelijkheden wel niet zijn. Je telefoon integreren in je brein, vliegtuigen navigeren met gedachten, ingewikkelde beslissingen maken in een upgraded reality - ik geloof dat het er wel van komt.

    Natuurlijk zal er weerstand zijn, en gelukkig maar. Je kunt niet zomaar zonder overpeinzingen allerlei biologische processen naar believen aan gaan passen. Als bio-ethicus is het jouw taak om me hier op te wijzen en ik neem de waarschuwing ter harte. Wel denk ik dat de moreel relevante feiten inmiddels zo snel veranderen dat de principes en intuïties wat vaker tegen het licht gehouden mogen worden.

    Om nog te reageren op je laatste punt. Inderdaad, technologie-ontwikkeling is niet lineair: het is exponentieel!

  • Gilles de Hollander,

    Hoi Sicco,

    Ik ben het helemaal met je eens dat neurowetenschap te gek is en dat het een vakgebied is waar de ontwikkelingen heel snel gaan en waar ongetwijfeld veel interessante dingen uit gaan komen de komende decennia, maar ik denk niet dat de 21e eeuw qua wetenschap 'de eeuw van de neurowetenschap' wordt (het wordt namelijk de eeuw van 'big data', ook binnen de neurosciences, Google maar eens). En al helemaal niet als je dan over stamcellen begint.

    Ik denk ook dat je nogal gebiased bent naar je eigen onderzoeksveld. Dat spreekt in ieder geval uit de opmerking dat je de cognitieve neurowetenschappen als gedragsbiologie in een nieuw jasje te omschrijft. Dat is echt kolder.

    Volgens wikipedia gaat gedragsbiologie strict genomen alleen over gedrag, en eigenlijk ook nog eens bij dieren. Maar zelfs als je het breder ziet en vakgebieden als de neurobiologie en wat takken van de moleculaire biologie er voor het gemak even erbij neemt, negeer je mijn inziens een grote groep wetenschappers, een aantal belangrijke ontwikkelingen van de afgelopen 20 jaar en wat denk ik de toekomst van de neurowetenschappen wordt.

    Het is namelijk de verdienste van een nieuwe generatie wetenschappers bestaand uit mensen uit de neurobiologiehoek, maar ook psychologen, economen, natuurkundigen en computer scientists, dat er in de studie van het brein en de hersenen niet meer alleen maar naar gedrag in dieren of categorieen neuroreceptors wordt gekeken of dat er alleen maar wat wordt getheoretiseerd over vage begrippen als werkgeheugen aan de hand van simpele gedragstaakje. Nee, de afgelopen 20 jaar hebben we wel degelijk de geboorte van een nieuw veld mogen aanschouwen.

    In dit veld proberen wetenschappers, soms meer, en soms minder succesvol, de vele verschillende niveau's van analyse van het brein te combineren. Om erachter te komen hoe verschillende netwerken samenwerken om bepaalde cognitieve functies uit te voeren, welke neurotransmitters daarbij zijn betrokken en hoe mensen hierin verschillen heb je niet genoeg aan elke 5 seconden te turven wat de chimpansee nu aan het doen is, nog meer subklasses van GABA-receptors in een bakje te kleuren of reactietijden op een Simon-task van zwangere versus ongestelde vrouwen vergelijken.

    Kennis uit de cel- en gedragbiologie is welliswaar essentieel voor de studie van het brein, maar om erachter te komen hoe het menselijk brein nou precies werkt zal er echt nog veel meer uit de kast moeten worden getrokken: (toetsbare) modellen van cognitie uit de cognitieve psychologie, neurale netwerkmodellen uit de kunstmatige intelligentie, kennis over hoe je het brein-in-actie kan imagen uit de Natuurkunde, geavanceerde statistische netwerkmodellen uit de wiskunde (graaftheorie) en effectieve computationele technieken uit de computer science om te kunnen simuleren en observeren hoe grote, complexe netwerken van neuronen samen kunnen werken.

    Ik denk trouwens dat Shannon nog iets meer met het woordje linear bedoelt dan de kwantitatieve relatie tussen verstreken tijd en de hoeveelheid ontwikkelde technologie. En anders bedoel ik dat wel: technologie wordt altijd ontwikkeld in een samenleving en heeft daar een belangrijke relatie mee. Wetenschappers daarmee een belangrijke verantwoordelijkheid. Ontwikkelingen in technologie en wetenschap zijn helaas niet inherent goed. Zeker als je begeesterende toekomstvisies schrijft over de hersenwetenschap mag je hier wel wat over zeggen. Met nieuwe kennis komen vaak nieuwe mogelijkheden. De belangrijkste ontwikkelingen in de wetenschap hebben vaak ook grote consequenties gehad voor onze samenleving. Zo heeft het ons internet en Google opgeleverd, maar ook de atoombom en de mogelijkheid je met een OV-chipkaart 24/7 te monitoren (wat heeft de neurowetenschap ons eigenlijk opgeleverd?).

    Als we straks weten hoe mensen denken, hun gedachten kunnen 'lezen' (sommige fMRI-studies laten zien dat dit dichterbij is dan je misschien denk). Als we zaken als intelligentie, geschiktheid voor beroepen of vatbaarheid voor pedofilie steeds nauwkeuriger terug kunnen zien in het brein. Als we straks mensen met Deep Brain Stimulation-achtige technieken 'af kunnen helpen' van zaken die voor de een persoonlijkheidtrek, maar volgens de DSM-VI een ziekte zijn. Hoe moeten we dáár mee omgaan?

    Dat zou nou een leuk stuk voor De Fusie zijn.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Naar boven