Miljard euro om breinmysteries op te lossen

Goed nieuws voor de neurowetenschappen: door het binnenslepen van een miljard euro aan Europese subsidie kan het Human Brain Project eindelijk van start. De komende tien jaar zullen Europese universiteiten hun krachten bundelen om de mysteries van ons brein te ontrafelen. Ook Nederlandse onderzoekers zullen meedraaien in dit prestigieuze project.

Slechts eens in de tien jaar reikt de Europese Commissie de felbegeerde flagshipsubsidie van een miljard euro uit om de internationale samenwerking en daarmee de kennisontwikkeling binnen ons eigen continent te stimuleren. Het Human Brain Project is een van de twee gelukkige ontvangers. Het project zal honderden neurowetenschappers hun hersens laten kraken om naar eigen zeggen een revolutie binnen het breinonderzoek te ontketenen.

Klinkt spannend, maar wat gaat er nou precies gebeuren? Paul Tiesinga, hoogleraar Neuroinformatica aan de Radboud Universiteit in Nijmegen, gaat zelf meedraaien in het project. “We willen een supercomputer bouwen waarmee we de menselijke hersenen kunnen nabootsen.”

Hoofdpijndossiers
Met deze supercomputer hoopt het Human Brain Project de drie grote hoofdpijndossiers binnen de neurowetenschappen op te lossen: hoe de neurale netwerken van ons brein in elkaar zitten, hoe ons geheugen werkt, en – last but not least – of er een neurale basis van ons bewustzijn bestaat. Buiten de neuro-wereld is dit gebrek aan wetenschappelijke kennis vooral te merken aan de eeuwige discussie tussen biologen en psychologen over het verlengde van bewustzijn: of de vrije wil bestaat, en of hersenonderzoek het bestaan hiervan wel of niet zou kunnen aantonen.

Deze drie vraagstukken zijn nog niet opgelost omdat we nog niet in staat zijn om de ‘harde’ neurobiologische kenmerken van ons brein te vertalen naar ongrijpbare, zogeheten emergente eigenschappen. De eigenschappen die ons menselijk maken, ons onderscheiden van andere diersoorten. Als we deze vertaalslag zouden kunnen maken, kunnen we niet alleen hersenziekten beter begrijpen, maar ook nieuwe computer- en roboticatechnologieën ontwikkelen.

Het neuronale netwerk in je hersenen: het is haast kunst.

De neurale code
Die supercomputer klinkt als muziek in de oren, maar de uitvoering van deze plannen behoeft dus nog veel denkwerk. Hoe de activiteit van onze genen, moleculen en cellen leidt tot cognitie en daarmee ons gedrag is nog altijd een van de grootste mysteries binnen de moderne wetenschap. Tiesinga zal zich persoonlijk richten op het ontcijferen van neurale netwerken, oftewel: de verbindingen tussen hersencellen. Dit zijn er nogal wat: in ons hoofd bevinden zich meer dan 100 miljard zenuwcellen die stuk voor stuk gemiddeld zo’n tienduizend connecties hebben. “Je kan je voorstellen dat het een behoorlijke uitdaging is om de – wat wij noemen – ‘neurale code’ te achterhalen."

Niet alleen wil Tiesinga weten welke zenuwcel is verbonden met welke andere zenuwcel, maar ook wat voor soort ionkanalen – die weggeven met welke chemische stofjes deze cel communiceert – in het neuron zitten en wat voor elektrische activiteit dat genereert – of deze cel andere cellen juist onderdrukt of activeert. "De huidige modellen nemen dat nog niet op de schaal van het hele brein in rekening.”

Mochten we zo ver komen dat we de onderliggende mechanismen van onze hersenen gaan begrijpen, dan zouden we deze volgens Tiesinga kunnen nabouwen. “Een digitale computer – zoals die waar jij momenteel achter zit – gebruikt een hoop energie. Ons brein werkt veel efficiënter. Als je de natuurlijke schakeling van de neuronen in je hersenen nabouwt, zou je ook een soort ‘groene’ computer kunnen creëren, die veel minder energie gebruikt.”

Hoe zal de toekomst eruit zien als we de werking van het menselijk brein kunnen simuleren?

Toekomstmuziek
Om de verwachtingen realistisch te houden, maakt het Human Brain Project haar grenzen duidelijk. ‘Dat we hopen op een revolutie’, wordt duidelijk op de website, ‘betekent niet dat we over tien jaar alle vragen over het menselijk brein hebben opgelost. Ook zullen er uit het project geen robots rollen met een kunstmatig gecreëerde ‘bewuste geest’.’

Maar ook zonder die robots liggen er al genoeg uitdagingen. “Ontdekken hoe ons brein werkt is al lastig genoeg,” benadrukt Tiesinga, “maar het samenbrengen van al deze informatie tot een grootschalig model dat op een supercomputer kan draaien… Dát is een ongekende uitdaging. De grote vraag is: wat komt er uit als we zo’n model kunnen ontwikkelen en we zetten ‘het’ aan. Dáár ben ik zo benieuwd naar.”

Nog een lange, spannende weg te gaan dus. Gelukkig heeft Tiesinga er zin in. “We kijken er erg naar uit. Wat is nou mooier dan samenwerken met een grote club wetenschappers die allemaal hetzelfde doel hebben: het brein begrijpen.”