211service.com
Grote hersenen denken
Wetenschappers leren boekdelen over het brein - hoe het in een fractie van een seconde beslissingen kan nemen, hoe het leert van fouten uit het verleden, hoe het lichtpulsen omzet in een complexe visuele scène. Maar voor sommigen is het ontcijferen van de taal van de elektrische pulsen die door onze hersenen reizen slechts het halve verhaal. Het tweede deel, en een dat veel filosofischer en complexer is, is hoe die hersenactiviteit zich vertaalt in bewustzijn - iemands zelfbewustzijn en perceptie van de wereld om hen heen.
Bill Newsome , een neurowetenschapper aan de Stanford University in Palo Alto, CA, heeft de afgelopen twintig jaar bestudeerd hoe neuronen informatie coderen en hoe ze deze gebruiken om beslissingen over de wereld te nemen. In de jaren negentig waren hij en zijn medewerkers in staat de manier te veranderen waarop een aap op zijn omgeving reageerde door elektrische schokken naar bepaalde delen van zijn hersenen te sturen. De bevindingen gaven neurowetenschappers een enorm inzicht in de innerlijke werking van de hersenen.
Maar Newsome is geobsedeerd door een slepende vraag: hoe ontstaat bewustzijn uit hersenfunctie? Hij denkt dat de beste manier om die vraag te beantwoorden is door een elektrode in zijn eigen hersenen te implanteren - en te zien hoe de elektrische stroom zijn perceptie van de wereld verandert.
Newsome zou niet de eerste persoon zijn met een hersenimplantaat. Epilepsiepatiënten ondergaan elektrische stimulatie voorafgaand aan een hersenoperatie. Een verlamde man in New England heeft een experimenteel implantaat dat zijn hersenactiviteit vertaalt in bewegingen van een robotarm. En, misschien wel het meest bekende, Kevin Warwick, een professor cybernetica aan de Universiteit van Reading, VK, implanteerde in 2002 voor het eerst een chip in zenuwvezels in zijn arm en implanteerde vervolgens een chip in de arm van zijn vrouw, als onderdeel van zijn zoektocht om een cyborg.
Het is niet zeker dat Newsome goedkeuring krijgt voor zo'n ingrijpende onderneming. Maar als hij dat doet, zal zijn experiment niet in het belang zijn van het genezen van een ziekte of het worden van een menselijke machine. Hij hoopt iets breders te doen: het bewustzijn begrijpen.
Technologie beoordeling : Waarom is het begrijpen van bewustzijn zo belangrijk voor je?
Bill Newsome : Ik denk dat hoe bewustzijn ontstaat uit hersenfunctie een van de meest fascinerende en belangrijke vragen is in de hele neurobiologie. Als we het systeem op cellulair niveau volledig begrijpen (van input tot output), maar nog steeds niet precies weten wat de oorzaak is van bewuste mentale verschijnselen, hebben we gefaald.
TR: De meeste van je experimenten zijn gedaan op apen. Hoe heeft dat uw kijk op de relatie tussen hersenfuncties en het menselijk bewustzijn gevormd?
BN : We bestuderen bewegingsperceptie. We trainen apen om te kijken naar een patroon van stippen die in een bepaalde richting bewegen en om de richting van de stippen te rapporteren door hun ogen in dezelfde richting te bewegen. Als een aap het juiste antwoord kiest, krijgt hij een beloning.
Dit eenvoudige gedrag bevat een wereld in termen van begrijpen hoe het zenuwstelsel intelligent gedrag uitvoert. Zintuiglijke informatie die via het oog de hersenen binnenkomt, moet worden gecodeerd in een neurale taal die de stimulus in de hersenen vertegenwoordigt. Op basis van deze neurale representatie moet de aap een oordeel op hoog niveau vellen over wat hij werkelijk ziet. Deze beslissing leidt op zijn beurt de selectie van een motorische reactie, om naar links of naar rechts te kijken.
TR: En je voegde een nieuw niveau toe aan deze experimentele opstelling door de hersenen van de aap te stimuleren.
BN : We plaatsen een elektrode in een gebied van de hersenen dat bekend staat als MT. De cellen in dit gebied reageren selectief op een bepaalde bewegingsrichting. Sommige cellen zijn actief wanneer de aap kijkt naar stippen die naar links bewegen, sommige cellen zijn actief wanneer de aap kijkt naar stippen die naar rechts bewegen. Mensen vermoedden al lang dat MT belangrijk was voor ons vermogen om beweging te zien. Dus deden we een experiment waarbij we deze cellen kunstmatig stimuleerden met kleine stroomstootjes - het veranderde wat de apen meldden te zien.
TR: Dus met de apenexperimenten kun je de hersenen heel gericht stimuleren en de manier waarop de aap reageert veranderen. Maar de aap kan je niet vertellen wat hij ziet als je de hersenen stimuleert.
BN : Ja. Mensen kunnen melden wat ze zien, horen of voelen, maar bij apen kun je alleen kijken naar hun gedragsverandering. Ik kan niet in het hoofd van een aap klimmen en zien wat de aap echt ziet.
Dit raakt de kern van het huidige debat over de studie van bewustzijn. Wat is de bewuste ervaring die gepaard gaat met de stimulatie en de beslissing van de aap? Zelfs als je alles weet over hoe de neuronen informatie coderen en doorgeven, weet je misschien niet wat de aap ervaart als we zijn MT stimuleren.
TR: Mensen hebben aangetoond dat het stimuleren van het menselijk brein ook soortgelijke dingen kan doen, toch?
BN : Elektrische stimulatie van de hersenen is niet nieuw. Wilder Penfield, een neurochirurg in Canada in de jaren dertig en veertig, die pionierde in de neurochirurgische behandeling van epilepsie, was de eerste die de hersenen van bewuste mensen begon te stimuleren. Hij wilde de delen van de hersenen kunnen identificeren die betrokken zijn bij spraak en beweging, voordat hij het stuk hersenen verwijderde waarvan hij dacht dat het verantwoordelijk was voor ziekte, dus ontwikkelde hij manieren om een gat in de schedel te maken en de hersenen volledig bloot te leggen. bewuste mensen.
Terwijl hij daarbinnen de hersenen stimuleerde voor klinische doeleinden, stimuleerde hij ook andere delen van de hersenen. Hij toonde aan dat je mensen sterren of lichtflitsen kunt laten zien door de visuele cortex te stimuleren. Toen hij de auditieve cortex stimuleerde, konden mensen zoemsignalen horen. Toen hij dieper in de hersenen ging, in de temporale cortex, kon hij complexe waarnemingen opwekken. Een patiënt zou dingen zeggen als: 'Ik zit op de veranda van mijn moeders huis en ze roept me voor het avondeten.'
Hij deed dit allemaal in de jaren dertig, maar het veld ging nergens heen omdat hij niets wist van de circuits van de hersenen. Penfield stimuleerde gewoon neuraal weefsel van onbekende aard. Hij kon bewuste verschijnselen opwekken, maar hij kreeg geen inzicht in hoe de bewuste verschijnselen precies verband houden met het [gedrag] van de geactiveerde neuronen.
Nu weten we over afzonderlijke cellen, neurale circuits en hun selectieve eigenschappen. Zodat we betere hypothesen kunnen maken over hoe cellen kunnen bijdragen aan cognitieve fenomenen zoals perceptie of geheugen of aandacht. We kunnen zorgvuldig gerichte delen van het systeem aanpassen en een voorspelbare respons krijgen.
TR: Dus hoe ben je van plan om het verband tussen activiteit in specifieke delen van de hersenen en bewustzijn te begrijpen?
BN : Ik weet nu niet hoe ik erachter moet komen, maar het lijkt me dat het stimuleren van een menselijk brein zoals het mijne een goed begin zou zijn. Als ik mijn MT zou kunnen stimuleren, dan zou ik vermoedelijk weten en kunnen zeggen of ik de [werkelijke] stippen echt zie bewegen [zoals in de apenexperimenten] of iets heel anders. Dit zou een begin zijn om de [specifieke aspecten van bewustzijn die gepaard gaan met] neurale activering op verschillende punten in het zenuwstelsel te identificeren.
TR: Denk je dat je echt wettelijke goedkeuring zou kunnen krijgen? Wat zijn de belangrijkste ethische kwesties?
BN : Het zou moeilijk zijn om goedkeuring te krijgen om zoiets te doen. Alle experimenten met mensen in dit land worden streng gecontroleerd. Advocaten en bewindvoerders bij instellingen staan hier sceptisch tegenover vanwege de aansprakelijkheidskwesties. En daar is een duidelijk slippery slope-argument. Ik zou misschien kunnen pleiten voor mijn eigen experiment, maar het zou een precedent kunnen scheppen voor anderen voor wie het riskanter zou zijn.
Als ik bijvoorbeeld dit experiment zou doen, zou het waarschijnlijk een groot probleem zijn en in de kranten komen. Een jonge afgestudeerde student ziet het misschien als een manier om vooruit te komen in zijn carrière en besluit het te doen. Hij zou zichzelf een groter risico kunnen geven dan ik. Misschien zou hij dieper in zijn hersenen tasten, waar er meer risico is op beschadiging van het vaatstelsel. Het zou ongemakkelijk zijn om te denken dat ik daar gedeeltelijk verantwoordelijk voor was, zelfs als mijn eigen avontuur prima zou verlopen.
TR: Wil je dit echt doen?
BN : Nou, ik heb er heel goed over nagedacht. Ik heb met neurochirurgen gesproken, zowel in de Verenigde Staten als daarbuiten waar de regelgeving minder streng is, over hoe praktisch en riskant het is. Als het risico op ernstige postoperatieve complicaties één op honderd was, zou ik het niet doen. Als het één op de duizend was, zou ik serieus overwegen om het te doen. Tot mijn ergernis schatten de meeste chirurgen het risico ergens tussen mijn benchmarks in.