Dit artikel is gepubliceerd in NRC Handelsblad van vrijdag 1 maart 2013
Een sciencefiction-droom wordt werkelijkheid: voor het eerst zijn wetenschappers erin geslaagd dieren direct van brein tot brein te laten communiceren. Een chip in de hersenen laat een rat in Brazilië via het internet met een rat in de Verenigde Staten communiceren. Hoewel de ratten niet van elkaars bestaan weten, blijken ze toch te kunnen samenwerken in twee eenvoudige waarnemingstaken. Dat beschreven hoogleraar neurobiologie Miguel Nicolelis en zijn collega’s van Duke University gisteren in het online tijdschrift Nature Scientific Reports.
In hun eerste experiment werd een dorstige rat (de zender) getraind om een eenvoudig probleem op te lossen: hij leerde om op een linker hefboompje te drukken als het linkerlichtje in zijn kooi aan ging, en op de rechter hefboom als het rechter lampje aan ging. Als het beestje deze taak correct uitvoerde, kreeg het als beloning een slokje water. Toen de rat dat onder de knie had, werden bij een volgend experiment zijn elektrische hersensignalen, geregistreerd door een breinchip in zijn motorische hersenschors, doorgestuurd naar de motorische hersenschors van een tweede rat (de ontvanger) in een ander kooitje in hetzelfde lab.
De ontvanger kon de zender niet zien en liep rond in een kooitje waarin beide lampjes aan waren. Hij had dus geen idee welk lampje voor de zendende rat aan ging. Toch kopieerde de ontvangende rat in 70 procent van de experimenten het gedrag van de zender: drukken op de linker hefboom wanneer de zender het linker lampje aan zag gaan en andersom. Dat is ruim boven het toevalsniveau van 50 procent.
Wanneer de ontvangende rat de taak correct uitvoerde, kreeg hij als beloning een slokje water. De zender kreeg dan ook een extra, tweede beloning. De onderzoekers zagen een verandering in de hersensignalen van de zender wanneer het ontvangende dier de verkeerde hefboom indrukte. Door uitblijven van een extra beloning ging de zender de vervolgens extra zijn best doen. De rat ging sneller reageren en het hersensignaal in zijn motorische hersenschors werd ‘schoner’, waardoor de ontvangende rat het signaal van de zender gemakkelijker kon ontrafelen. Nicolelis noemt dit bewijs dat beide rat- ten samenwerken zonder dat ze elkaar kunnen zien: directe brein-tot-breincommunicatie.
Eenzelfde soort samenwerking ontstond bij een tweede experiment waarbij de zendende rat met zijn snorharen een brede van een smalle opening moest onderscheiden. Bovendien bleek dat het tastgebiedje in het brein van de ontvanger binnen een maand tijd reageerde op wat de snorharen van de zender voelden, terwijl hij nog steeds bleef reageren op tastsignalen van zijn eigen snorharen.
Als klap op de vuurpijl bleek de tactiele brein-tot-breincommunicatie ook te werken wanneer de code- rende rat in Brazilië zat en zijn breinsignaal via internet werd verstuurd naar de decoderende rat in het Nicolelis-lab in de VS.
Nicolelis noemt zijn experiment een proof of principle voor een brein-net in de verre toekomst: een soort internet van aan elkaar gekoppelde menselijke hersenen. Nicolelis: "In zo’n brein-net zouden mensen met een ongekende snelheid met elkaar communiceren, zonder te praten of zonder te typen op een toetsenbord. Één gedachte zou zo miljoenen mensen tegelijk kunnen bereiken."
"Deze brein-tot-breinverbinding laat zien hoe goed Nicolelis en zijn collega’s al in staat zijn signalen van het brein te ontrafelen", zegt Marshall Hussain Shuler, hersenonderzoeker aan de Johns Hopkins University. "Dit experiment heeft ook direct praktisch belang: het verbeteren van brein-machine-interfaces, bijvoorbeeld om mensen met verlamde benen via een breinchip aan een uitwendig skelet te koppelen. Door te denken aan lopen, kunnen ze het exoskelet aansturen en zo voor het eerst weer zelfstandig lopen."
Een sciencefiction-droom wordt werkelijkheid: voor het eerst zijn wetenschappers erin geslaagd dieren direct van brein tot brein te laten communiceren. Een chip in de hersenen laat een rat in Brazilië via het internet met een rat in de Verenigde Staten communiceren. Hoewel de ratten niet van elkaars bestaan weten, blijken ze toch te kunnen samenwerken in twee eenvoudige waarnemingstaken. Dat beschreven hoogleraar neurobiologie Miguel Nicolelis en zijn collega’s van Duke University gisteren in het online tijdschrift Nature Scientific Reports.
In hun eerste experiment werd een dorstige rat (de zender) getraind om een eenvoudig probleem op te lossen: hij leerde om op een linker hefboompje te drukken als het linkerlichtje in zijn kooi aan ging, en op de rechter hefboom als het rechter lampje aan ging. Als het beestje deze taak correct uitvoerde, kreeg het als beloning een slokje water. Toen de rat dat onder de knie had, werden bij een volgend experiment zijn elektrische hersensignalen, geregistreerd door een breinchip in zijn motorische hersenschors, doorgestuurd naar de motorische hersenschors van een tweede rat (de ontvanger) in een ander kooitje in hetzelfde lab.
De ontvanger kon de zender niet zien en liep rond in een kooitje waarin beide lampjes aan waren. Hij had dus geen idee welk lampje voor de zendende rat aan ging. Toch kopieerde de ontvangende rat in 70 procent van de experimenten het gedrag van de zender: drukken op de linker hefboom wanneer de zender het linker lampje aan zag gaan en andersom. Dat is ruim boven het toevalsniveau van 50 procent.
Wanneer de ontvangende rat de taak correct uitvoerde, kreeg hij als beloning een slokje water. De zender kreeg dan ook een extra, tweede beloning. De onderzoekers zagen een verandering in de hersensignalen van de zender wanneer het ontvangende dier de verkeerde hefboom indrukte. Door uitblijven van een extra beloning ging de zender de vervolgens extra zijn best doen. De rat ging sneller reageren en het hersensignaal in zijn motorische hersenschors werd ‘schoner’, waardoor de ontvangende rat het signaal van de zender gemakkelijker kon ontrafelen. Nicolelis noemt dit bewijs dat beide rat- ten samenwerken zonder dat ze elkaar kunnen zien: directe brein-tot-breincommunicatie.
Eenzelfde soort samenwerking ontstond bij een tweede experiment waarbij de zendende rat met zijn snorharen een brede van een smalle opening moest onderscheiden. Bovendien bleek dat het tastgebiedje in het brein van de ontvanger binnen een maand tijd reageerde op wat de snorharen van de zender voelden, terwijl hij nog steeds bleef reageren op tastsignalen van zijn eigen snorharen.
Als klap op de vuurpijl bleek de tactiele brein-tot-breincommunicatie ook te werken wanneer de code- rende rat in Brazilië zat en zijn breinsignaal via internet werd verstuurd naar de decoderende rat in het Nicolelis-lab in de VS.
Nicolelis noemt zijn experiment een proof of principle voor een brein-net in de verre toekomst: een soort internet van aan elkaar gekoppelde menselijke hersenen. Nicolelis: "In zo’n brein-net zouden mensen met een ongekende snelheid met elkaar communiceren, zonder te praten of zonder te typen op een toetsenbord. Één gedachte zou zo miljoenen mensen tegelijk kunnen bereiken."
"Deze brein-tot-breinverbinding laat zien hoe goed Nicolelis en zijn collega’s al in staat zijn signalen van het brein te ontrafelen", zegt Marshall Hussain Shuler, hersenonderzoeker aan de Johns Hopkins University. "Dit experiment heeft ook direct praktisch belang: het verbeteren van brein-machine-interfaces, bijvoorbeeld om mensen met verlamde benen via een breinchip aan een uitwendig skelet te koppelen. Door te denken aan lopen, kunnen ze het exoskelet aansturen en zo voor het eerst weer zelfstandig lopen."
