Sciencecafé over breinwetenschap, gedachtenlezen met een fMRI

Eén van de meest in het oog springende wetenschappelijke revoluties van de laatste decennia is die van de breinwetenschappen. Nog niet zo lang geleden konden de functies van het brein alleen maar onderzocht worden aan de hand van patienten met bepaalde breinletsels of -afwijkingen. Als je wist wat er mis was met het brein kon je de symptomen van de patient in relatie brengen met de beschadigde delen van de hersenen.

Inmiddels kan men met fMRI een levend, functionerend brein in kaart brengen. Het principe is eenvoudig. Actieve hersencellen verbruiken meer zuurstof. De bloedtoevoer neemt toe en dus is de hoeveelheid ijzer rond de actieve cellen wat groter. Dat levert een verandering in het magnetisch veld op, dat gemeten kan worden met een functional Magnetic Resonans Imaging (fMRI) scanner.
Ook de technieken om hersengolven te meten zijn beduidend verbeterd. Je kunt onderscheid maken tussen de verschillende hersengolven, die opgewekt worden bij het denken aan verschillende voorwerpen of bewegingen. Dat betekent, dat je een computer kunt besturen door aan bepaalde dingen te denken.

De mogelijkheden die dat allemaal biedt, zijn enorm. Tom de Graaf en Job van den Hurk (jawel, zoon van ...) van de faculteit Psychologie en Neuroscience van de Universiteit van Maastricht filosoferen tijdens het Studium Generale Science Café over de mogelijkheden die het breinonderzoek in de (nabije) toekomst wellicht zal opleveren.


Breinwetenschappen in historisch perspectief
Tom beschrijft de lotgevallen van een spoorwegmedewerker die in 1848 een ijzeren staaf door zijn hoofd kreeg. Hij overleefde het ongeluk maar was na het ongeluk niet meer te genieten. Blijkbaar was in de hersenen een deel verdwenen dat de persoonlijkheid bestuurde. (Zie ook het openingshoofdstuk van 'het maakbare brein' voor een vergelijkbaar verhaal.)
Phrenologie was een tijdlang een serieuze wetenschap die in kaart bracht waar bepaalde talenten in de hersenen zouden zetelen op basis van de vorm van de schedel. Als bij een talentvol iemand de schedel op een bepaalde plaatst een uitstulping had, zou dat kunnen komen doordat de hersenen de schedel op die plaats wat naar buiten hadden gedrukt, zo was de gedachte. Met een psychograaf konden de contouren van de schedel in kaart worden gebracht en daarmee ook de talenten.

Inmiddels kunnen met een fMRI de functiegebieden in kaart worden gebracht. Dat werkt ook andersom. Op basis van bepaalde beelden van actieve hersenen kun je afleiden wat iemand deed. Dat is al een soort gedachten lezen. Een aantal voorbeelden van de mogelijkheden passeren de revue zoals dit Ted-fimpje, dat laat zien dat je met een EEG-headset objecten in een computer met je gedachten kan verplaatsen.


Tom gaat ook even in op 'transcraniële magnetische stimulatie'. Die techniek houdt in dat een deel van de hersenen wordt uitgeschakeld door een sterke magneet. Ook op die manier kan onderzocht worden welke delen van de hersenen welke functie hebben. Door een gerichte stimulatie kan bijvoorbeeld de spraak uitgeschakeld worden. In plaats van uitschakelen kun je ook delen van hersenen stimuleren. Zou je op die manier mensen ook slimmer kunnen maken? Of van een depressie af kunnen helpen?

Kunnen scanners gedachten lezen?
Job gaat verder in op wat de grenzen zijn van wat we nu kunnen en wat er in de toekomst mogelijk is.
Recent besteedde Quest aandacht aan hersenscans. Je zou er niet veel aan hebben: met een scan kun je alleen in kaart brengen wat waar voor dient, net als een landkaart wel kan laten zien waar Utrecht ligt maar niet of het mooie stad is.
Om duidelijk te maken wat nu wel en wat zeker niet met fMRI mogelijk is, geeft Job een minicollege over hoe een scanner informatie uit de hersenen kan aflezen.
De activiteit van hersenen wordt geneten op het niveau van voxels, kleine kubusjes van pakweg een miljoen neuronen. Dat is behoorlijk grofmazig. Maar een waarneming wordt niet op één plek vastgelegd. Er zijn allerlei gebiedjes bij betrokken. Als je bijvoorbeeld een appel ziet wordt dat op allerlei verschillende plaatsen in het brein gereproduceerd. Vorm, kleur, smaak, geur, tast, allemaal eigenschappen die op een één of andere manier worden gerepresenteerd in de hersenen. Dat geeft bij een proefpersoon een bepaald specifiek patroon. Zo'n patroon kan geïnterpreteerd worden.

Inmiddels is bij onderzoek gebleken dat het mogelijk is om uit de hersenscans te reconstrueren wat een proefpersoon ziet. Zelfs filmpjes zijn zeer grofmazig te reconstrueren. Dat brengt gedachtenlezen griezelig dichtbij. Als blijkt, dat dromen gebruik maken van dezelfde (bijvoorbeeld visuele) gebieden in de hersenen die ook gebruikt worden bij het zien, zou je wellicht dromen kunnen reconstrueren.

Vrije wil of niet?
In een bepaald onderzoek werd een proefpersoon gevraagd op een willekeurig moment op één van twee aanwezige knoppen te drukken. Uit de hersenscan was al een behoorlijke tijd van te voren (tot wel 8 seconden) waar te nemen wat de proefpersoon van plan was om te gaan doen. Nog voor die proefpersoon besloten had om op de knop in te drukken was er in de scan al te zien wat hij ging doen. Hoezo vrije wil?
(Leuk boekje in dit kader: het slimme onbewuste.)

Wat brengt de toekomst?
De toekomst zal uitwijzen wat de mogelijkheden maar ook wat de nadelen zijn van deze wetenschap. In de discussie kwamen allerlei zaken voorbij. van onoordeelkundig gebruik (in een rechtzaak, door een verzekering, bij een solliciatie) of  marteling tot compleet 1984-achtige scenario's waar met gedachtenlezende en gedachtenblokkerende helmen mensen tot willoze wezens worden gemaakt. Maar ook fantasieën van ingeprente belevenissen tot Matrix-achtige breinleer methodieken. De meeste van deze zaken werden door de wetenschappers toch als science fiction bestempeld. Mooi slot voor een boeiend science café.

Meer weten over dit onderzoek? Zie op 22 maart de uitzending van Labyrint, waar deze twee wetenschappers hun werk nog eens toelichten.