Kunnen hersenimplantaten onze gedachten lezen en besturen?

Langer antwoord

Gedachten en ideeën liggen verspreid door de vele delen van de menselijke hersenen. Tot nu toe is er nog niemand achter gekomen hoe gedachten in onze hersenen opgeslagen zijn, zelfs al meet je activiteit in de hersenen van verschillende hersendelen tegelijkertijd. Als we hersenactiviteit meten, meten we hoe hersencellen met “elkaar praten” door middel van elektrische stroompjes. We doen dit door elektroden met kabels aan het brein vast te maken. Elektrodes kunnen elektrische activiteit in de hersencel meten. Maar, dit brengt ons bij het verbindings-probleem: we hebben zo ongeveer 90 miljard hersencellen die met elkaar communiceren, waarvan elke cel weer met duizend andere cellen verbonden is. Op dit moment is het heel ingewikkeld om informatie van een enkele cel te meten, omdat ze zo klein en ontoegankelijk zijn. Daarom is het nog steeds onmogelijk om van meerdere enkele cellen tegelijkertijd te meten. Daarnaast weten we nog nauwelijks hoe we de signalen die we zouden meten, zouden moeten interpreteren, laat staan hoe we zouden moeten interpreteren wat er gebeurt als duizenden hersencellen met weer duizend anderen communiceren. Alleen in een heel zorgvuldig gecontroleerde situatie kunnen we proberen om hersenactiviteit te interpreteren, dit zullen we in het laatste deel van dit antwoord uitleggen.

Gedachten lezen? 

Momenteel worden hersenimplantaten vooral gebruikt voor onderzoek en innovatieve medische doeleinden. Een hersengebied dat vaak wordt “gelezen” met deze hersenimplantaten is de motorcortex. Dit hersengebied bepaalt het plannen en uitvoeren van bewegingen en we weten heel precies waar welke lichaamsbeweging wordt weergegeven in dit hersengebied. De hersenimplantaten die momenteel bij verschillende patiënten worden gebruikt, “lezen” vaak een relatief eenvoudig circuit in deze motorische cortex: het deel dat de beweging van de rechterhand symboliseert alsof je op een muis zou klikken. De elektrische activiteit in dit deel van de hersenen wordt geregistreerd door een elektrode die bovenop het hersenweefsel is geïmplanteerd: een behoorlijk ingrijpende procedure! Deze muisklikbeweging is op het eerste gezicht niet erg informatief, maar het is relatief eenvoudig te meten in de hersenen en kan op vele manieren worden gebruikt om informatie over te brengen. Deze hersenimplantaten worden bijvoorbeeld gebruikt om verlamde mensen te helpen robotarmen te bewegen en communicatiesoftware te bedienen. 

In een soortgelijk onderzoek zijn onderzoekers in Berkeley zijn er onlangs in geslaagd om het nummer Another Brick in the Wall, Part 1 van Pink Floyd rechtstreeks vanuit de hersenen te reproduceren. Ze deden dit door dergelijke geïmplanteerde elektroden te gebruiken in het hersengebied dat wordt geassocieerd met muziekperceptie: de elektroden lazen de muziek uit de hersenactivatie terwijl de mensen luisterden.

Gedachten besturen?

Elektroden kunnen niet alleen de elektrische activiteit van hersencellen meten, maar ze kunnen cellen ook stimuleren door zelf elektrische activiteit te produceren. Daarom wordt gedacht dat hersenimplantaten mogelijk gedachten kunnen besturen. Op dit moment is het echter onmogelijk om gedachten te manipuleren met hersenimplantaten, om dezelfde reden als hierboven beschreven: te veel cellen die te klein zijn. Niet alleen weten we niet precies waar we moeten stimuleren, we weten ook niet hoe we hersencellen moeten manipuleren zonder te verstoren wat deze cellen normaal gesproken moeten doen. Proberen om de geest te controleren kan daarom andere essentiële processen in de hersenen verstoren die we nodig hebben om normaal te functioneren. 

De huidige toepassingen van computers die de hersenen “besturen”, door de hersenen elektrische signalen te geven, beïnvloeden alleen kleine delen van de hersenen. Gerichte hersenstimulatie kan bijvoorbeeld symptomen bij sommige neurologische ziekten verlichten, dove mensen basisgeluiden laten horen en blinde mensen vage beelden laten zien. Wetenschappers beginnen nu pas te leren hoe ze hersenweefsel kunnen beïnvloeden en zullen hopelijk nieuwe manieren ontdekken om mensen met hersenaandoeningen te behandelen. 

Dus ook al zijn we nu in staat om hersenimplantaten te gebruiken om hersenactiviteit te lezen of te veranderen, deze implantaten werken alleen onder zeer gecontroleerde omstandigheden en hebben slechts interactie met een zeer klein deel van de hersenactiviteit. Het is zeer onwaarschijnlijk dat het volledig lezen of controleren van gedachten in de nabije toekomst zal gebeuren.

Verder lezen en citaties: 

• Music can be reconstructed from human auditory cortex activity using nonlinear decoding models Bellier L, Llorens A, Marciano D, Gunduz A, Schalk G, et al. (2023) Music can be reconstructed from human auditory cortex activity using nonlinear decoding models. PLOS Biology 21(8): e3002176. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002176
• Vansteensel, M. J., et al. (2016). “Fully Implanted Brain-Computer Interface in a Locked-In Patient with ALS.” N Engl J Med 375(21): 2060-2066.
• https://decorrespondent.nl/11512/goed-nieuws-voor-mensen-die-een-arm-of-hand-missen-met-deze-nieuwe-technologie-kunnen-ze-weer-voelen/765302ec-72fa-05bd-3a53-a48462151b9e