Kunnen hersenimplantaten onze gedachten lezen en besturen?

Langer antwoord

Gedachten en ideeën zijn het resultaat van communicatie tussen vele hersencellen die verdeeld kunnen zijn over vele gebieden in het menselijk brein.  Tot nu toe heeft niemand kunnen achterhalen hoe gedachten precies worden gecodeerd in de hersenen, zelfs niet wanneer we de activiteit van meerdere hersengebieden tegelijkertijd meten. Wanneer we hersenactiviteit meten, meten we hoe hersencellen met elkaar “praten”, door middel van elektrische stroompjes. Hiervoor verbinden we draden met elektroden met de hersenen. Elektroden kunnen de elektrische activiteit in de hersencel meten. Dit brengt ons bij het verbindingsprobleem: we hebben bijna 90 miljard hersencellen die met elkaar praten, elk verbonden met duizenden andere hersencellen. Op dit moment is het erg moeilijk om informatie van een enkele cel te meten, omdat ze zo klein en ontoegankelijk zijn. Daarom is meten aan meerdere afzonderlijke cellen tegelijkertijd nog steeds onmogelijk. Bovendien weten we nauwelijks hoe we signalen moeten interpreteren van een paar hersencellen die met elkaar praten, laat staan hoe we moeten interpreteren wat er gebeurt als duizenden hersencellen met duizenden andere hersencellen praten. Het is alleen in zeer gecontroleerde situaties dat we hersenactiviteit kunnen proberen te interpreteren, zoals we zullen uitleggen in het laatste deel van dit antwoord.

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.

Meer lezen?

(Engels) 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) PLOS Biology 21(8): e3002176. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002176

(Engels) 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.

(Engels) Ptito M, Bleau M, Djerourou I, Paré S, Schneider FC, Chebat DR. Brain-Machine Interfaces to Assist the Blind. Front Hum Neurosci. 2021 Feb 9;15:638887. doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.

Goswami , T. Goed nieuws voor mensen die een arm of hand missen: met deze nieuwe technologie kunnen ze weer voelen, De Correspondent (2020).

Paneldiscussie over de vraag “Zijn je hersengolven nog van jou?” door Fleur Zeldenrust, Roel Heremans en Pim Haselager