Tweet

Mensenbrein in supercomputer /1 reactie

Een nieuwe megasubsidie van de EU wordt op bijzondere wijze toegekend. Zes projecten krijgen een jaar om een jury ervan te overtuigen dat zij een miljard euro nodig hebben voor hun project. Uiteindelijk zullen er twee projecten deze enorme prijs krijgen. Nederland doet mee in een project dat een computersimulatie van het brein wil maken. Het Human Brain Project.

Het brein, met zijn miljarden neuronen die allemaal op de een of andere manier verbonden zijn, is zonder twijfel het meest complexe orgaan van het menselijk lichaam. Hierdoor heeft het de mens altijd al geboeid. Zo publiceren neurowetenschappers alleen al meer dan 100.000 wetenschappelijke artikelen per jaar. Maar volgens Henry Markram, de oprichter uit Zwitserland van het Human Brain Project (HBP), heeft al deze kennis ons nog niet heel veel verder gebracht. “Iemand die 100 jaar geleden aan zijn oma moest uitleggen hoe het brein werkt, zal niet heel veel anders hebben gezegd dat iemand die dat nu zou doen”, zo legt hij uit in een interview op het Nederlandse congres voor Brain & Cognition, in Leiden.

Volgens hem is het tijd om al onze kennis eindelijk te gaan bundelen. “Veel te lang zijn we bezig geweest om dieper en dieper in het brein te graven. Er is zoveel kennis op heel veel verschillende niveaus, maar die wordt niet gedeeld. En dat is gek, want allemaal willen we hetzelfde; begrijpen hoe het brein werkt.” Zijn project is een van de zes projecten die nog in de race zijn om een subsidie van 1 miljard. En die miljard is volgens Markram nog maar het begin. “Er zal heel veel geld nodig zijn”.

100 biljoen connecties

Doel van het HBP? Binnen tien jaar een faciliteit bouwen waarin 3D hersenmodellen gemaakt kunnen worden door een supercomputer. Een faciliteit die in Zwitserland komt te staan, maar waar iedere wetenschapper via internet toegang tot krijgt. Waarin ze breinmodellen kunnen maken waarin alle miljarden neuronen in het brein, inclusief verbindingen en elektrische signalen zijn opgenomen. Een simulator, die wetenschappers kan leren hoe de hersenen precies werken, die kan helpenziektes sneller op te sporen en waarop nieuwe medicijnen getest kunnen worden. Zo komt er niet alleen een enorme schat aan nieuwe informatie bij, maar kan het gebruik van proefdieren ook sterk afnemen.

Een simulator van het brein maken is een gigantische klus, en er zijn dan ook specialisten van dertien universiteiten uit negen Europese landen bij betrokken; van neurowetenschappers, artsen, natuurkundigen en wiskundigen, tot ethici en programmeurs. Vooral die laatste zullen een belangrijke rol gaan spelen. Het menselijk brein heeft ongeveer 10 miljard neuronen, die elk met zo’n tienduizend andere verbonden zijn. In totaal gaat het dan om 100 biljoen connecties. Dat is 100 keer zoveel als het totaal aantal links op het internet (volgens een schatting van Google uit 2008. Let op: het Engelse trillion is het Nederlandse biljoen).

Rol voor ethici

Hoe maak je een computer die deze hoeveelheid connecties aankan en hoe ga je alle informatie opslaan en verwerken? Markram: “Het idee is dat de computer slechts een deel van de data per keer verwerkt, zonder daarbij de rest van de informatie uit het oog te verliezen. Daarbij zullen er eerst simulaties van kleinere diersoorten gemaakt worden, op verschillende schalen. Van enkele neuronen tot hele breinen. Al deze modellen samen zullen ook gebundeld worden in robots die zich aan kunnen passen aan hun omgeving, waardoor we hopelijk te weten komen hoe bewustzijn werkt.”

Markram: “Naast de programmeurs zullen ook de ethici een erg belangrijke rol hebben. Uiteindelijk heeft het publiek de laatste stem.” En helaas hebben veel mensen nog een verkeerd beeld bij het soort werk dat hij doet. “Het publiek krijgt door de media een beeld van een soort sciencefictionachtige wereld waarin wij een supermens creëren die slimmer is dan wij. Maar dat is absoluut niet zo. Daarom is het zo belangrijk dat we vanaf het begin zullen gaan praten met het publiek, en ze mee laten beslissen in wat er gebeurt”.

Om alvast een begin te maken met dit omvangrijke project, startte Markram in 2005 het Blue Brain project, waarbij hij een klein deel van het rattenbrein, een neocorticale kolom, in kaart bracht met behulp van de IBM Blue Gene Supercomputer. Zo’n hersenkolom kun je zien als een pakketje neuronen van circa 2 mm hoog en 0,5 mm breed, niet groter dan een speldenknop dus. (kijk ook eens het filmpje ‘whole column’ op om een idee te krijgen van zo’n kolom). Er zijn miljoenen van dit soort speldenknopjes en samen bepalen ze de werking van onze hersenen. Ieder gebied heeft zijn eigen verantwoordelijkheid binnen het menselijk lichaam; van spraak tot beweging.

Teveel beloven?

Maar het HBP is niet het enige project dat de hersenen in kaart wil brengen. In april van dit jaar kwam het Allen Institute for Brain Science met de eerste gecomputeriseerde kaart van het hele menselijk brein, die tot stand kwam door het brein in heel veel dunne plakjes te snijden en deze te analyseren. En wereldwijd wordt er momenteel aan het Human Connectome Project gewerkt, een project dat alle neurale verbindingen wil vastleggen. Het HBP kiest voor nog een andere aanpak. Markram: “Ik denk dat het belangrijker is om te ontdekken hoe neuronen synapsen vormen, dan dat je weet welke verbindingen er zijn. Door de regels achter het systeem te kennen, kun je zelf zo’n systeem bouwen en ermee gaan werken.”

Zal het Human Brain Project dan echt een groot succes worden? In de begeleidende persmap beloven de onderzoekers met oplossingen voor vele ziektes te komen; van verslaving en Alzheimer tot obesitas, depressie en MS. Ook het Human Genome Project beloofde eerder al met behandelingen voor ziektes te kunnen komen. Maar toen het in 2003 af was, bleek de toepassing ervan toch wel tegen te vallen. Zijn de onderzoekers niet bang dat nu hetzelfde gaat gebeuren? Dat ze wellicht teveel beloven?

Markram en Paul Tiesinga, de Nederlandse coördinator van het project, denken van niet. Markram: “Als ik niet in de volle overtuiging was dat dit project een succes gaat worden, zou ik nu mijn spullen pakken en op een tropisch eiland gaan zitten. Het Human Genome Project heeft misschien niet direct zichtbare resultaten voor het brede publiek op geleverd, maar zonder het werk dat zij gedaan hebben, zou het HBP onmogelijk zijn. Dan zouden we nu nog steeds in het duister tasten over hoe bepaalde genen samenwerken. We zijn door dat project al veel meer te weten gekomen over de genen die aan bepaalde ziektes ten grondslag liggen. Het Human Genome Project is aan het begin begonnen. Een genoomscan kostte eerst drie miljard euro. Nu kan dat al voor een paar honderd euro.”

Brein repareert zichzelf

Hij vergelijkt zijn project zelfs met het Human Genome Project. “Je kunt ons project ook zo zien, ook wij zullen aan het begin moeten beginnen. Ik begon aan dit project omdat ik, toen ik nog psychiater was, het niet aan kon zien hoe er altijd maar stomweg medicijnen werden voorgeschreven aan patiënten zonder dat we wisten waarom we juist die medicijnen gebruikten, hoe ze werkten in het brein. Als we die vraag ooit beantwoord willen krijgen, moeten we dit project wel starten. We moeten met de technologische mogelijkheden mee, voordat deze ons inhalen”.

Maar zal het lukken om in tien jaar het brein in een simulator te produceren? Tiesinga: “Dat ligt eraan wat je ermee wilt. Een breinsimulator maken gaat zeker lukken, maar we zullen tijdens de ontwikkeling tegen genoeg dingen aanlopen waarvan we niet eens wisten dat we ze niet wisten. Het is niet realistisch om te denken dat binnen tien jaar al onze vragen beantwoord zijn, maar dat verwachten we ook niet.”

We zullen zien of al deze beloftes waargemaakt kunnen worden. Een indrukwekkend project is het zeker en het mensenbrein zal altijd fascinerend blijven. Grote hoeveelheden informatie vormen geen enkel probleem en waar een computer crasht als een deel van zijn systeem ermee ophoudt, hebben de menselijke hersenen geen probleem met een verlies van duizenden neuronen per dag. Het brein repareert zichzelf en neemt zelfstandig beslissingen. En dat alles door nog geen 20 Watt te gebruiken, minder energie dan een gloeilamp nodig heeft.

Bekijk ook de TED-talk van Henry Markram:

Dit artikel verscheen eerder op Noorderlicht.