Categorie archief: Wetenschap & Technologie

Teleportatie – verre droom of nabije realiteit?

Posted on by Jeppe Kleijngeld

Teleportatie is de rechtstreekse verplaatsing van objecten van de ene plaats naar de andere, aldus Wikipedia. Een ronduit fascinerend concept dat vaak in populaire cultuur terug te vinden is. Het bekendste voorbeeld is ‘beam me up, Scotty’ uit Star Trek, maar zelf ben ik vooral een groot fan van ‘The Fly’ van David Cronenberg. Be afraid. Be very afraid.

In deze ‘body horror’ klassieker slaagt een excentrieke wetenschapper er in levende wezens van de ene naar de andere cabine te verplaatsen. Het gaat mis wanneer hij zichzelf teletransporteert, en zonder zijn weten een vlieg plaatsneemt in de cabine. De computer raakt in de war, en besluit het DNA van de vlieg en wetenschapper te combineren. Na dit verschrikkelijk misgelopen experiment verandert wetenschapper Brundle langzaam in een gigantisch vlieg-achting wezen: Brundlefly. Een happy ending zit er niet in.

Cronenberg heeft geen monsters nodig om een horrorfilm eng te maken. Het eigen lichaam kan de engste horror vormen.

Cronenberg heeft geen monsters nodig. Het eigen lichaam kan de engste horror vormen.

Hoe werkt teleportatie?
Een extreem krachtige computer maakt allereerst een scan van het te verplaatsen object. Alle atomen, moleculen en elementaire deeltjes moeten worden meegenomen. Wanneer het object een levend wezen is, zal ook de persoonlijkheid en het geheugen geteleporteerd moeten worden. Uitgaande van een puur wetenschappelijke benadering is alles in het brein vastgelegd en dus scanbaar.

Vervolgens breekt de machine het object af en bouwt een andere machine het weer op. Waar die machine het materiaal vandaan moet halen om dat te doen weet ik niet. In ‘The Fly’ zitten er – meen ik althans – dikke kabels tussen de cabines waar het materiaal doorheen geleid kan worden. Wanneer de machine niet het originele materiaal zou gebruiken is er eerder sprake van kopiëren dan van teleportatie (of klonen indien het originele object blijft bestaan). En dat is een belangrijke reden waarom niet iedereen zou popelen in de machine te stappen.

Om mensen toch enthousiast te krijgen, is het wellicht een interessante mogelijkheid om bepaalde deeltjes weg te laten. Bijvoorbeeld een kankergezwel. Theoretisch moet dit zeker mogelijk zijn voor zo’n hyper intelligente computer.

Hoe reëel is teleportatie?
Wikipedia stelt dat reeds het vastleggen van de positie en toestand van alle elementaire deeltjes en het doorzenden van die informatie zeer complex is. Je krijgt hier te maken met de onzekerheidsrelatie van Heisenberg. Het reconstrueren van het object op basis van de ontvangen informatie is nog moeilijker.

Volgens ttrweb.hu lukt het in de toekomst misschien om een atoom te verplaatsen van de ene plaats naar de andere. En dat zou al een waanzinnige prestatie zijn. Maar het is nog altijd een heel verschil met een object. Laat staan een menselijk lichaam dat uit honderd duizend miljoen miljoen miljoen miljoen atomen bestaat. Bovendien zijn er nog wat kleine probleempjes op te lossen.

• Allereerst de hoeveelheid informatie die verstuurd moet worden kan in geen enkel realistisch tijdsbestek plaatsvinden.

• Ten tweede is er een groot verschil tussen een levend wezen en een dood lichaam. Over de aanwezigheid van een ziel verschillen de meningen, maar over de aanwezigheid van miljarden elektrische processen die in het centrale zenuwstelsel plaatsvinden bestaat geen twijfel. Kan men die ook kopiëren? Stel dat je denkt aan een mooie brunette op het moment van teleportatie, denk je daar dan nog steeds aan wanneer je weer in elkaar bent gezet?

• Op de plek waar het object weer moet verschijnen is al materie aanwezig, waarschijnlijk lucht. Wat gebeurt er met die moleculen? Integreren die met het geteleporteerde object? Dit is een zeer onzekere factor.

Missen we iets?
Zeker. Behalve de eerder genoemde medische factor, zou teleportatie een zeer efficiënt en milieuvriendelijk transportmiddel zijn. Zelfs als het alleen gebruikt worden voor het verplaatsen van goederen zou het – mits energiezuinig te realiseren – miljarden euro’s kunnen besparen aan lucht, weg en zeetransport.

Mensen zelf zouden in eerste instantie – terecht – niet in zo’n machine willen stappen. Wanneer een nieuwe revolutie plaatsvindt, zoals vliegverkeer in de twintigste eeuw, gaat eerst iedereen dood die er wat in doet. Maar na een tijdje wordt het veiliger en verdwijnen langzaam de bezwaren.

Conclusie, droom of realiteit? Nog echt een droom.

Voor medeliefhebbers van ‘The Fly’ nog een toevoeging. Brundle had een oplossing voor handen om zijn transformatie terug te draaien. Hij had namelijk drie cabines beschikbaar en er was een scan gemaakt van hemzelf en van de vlieg voordat ze verplaatst en gefuseerd werden. De getransformeerde Brundle had in cabine 1 kunnen plaatsnemen en de computer opdracht kunnen geven de originele Brundle in cabine 2 en de vlieg in cabine 3 te laten verschijnen. Dit had hij dan wel snel moeten doen voordat hij weefsel begon te verliezen. Jammer voor hem, maar het publiek had dan dit tragische meesterwerk over identiteit en het lichaam als vijand moeten mislopen.

Hoe werken onze hersenen? – Deel 2

Posted on by Jeppe Kleijngeld

Hoe werken de hersenen 2

Hoe uniek zijn menselijke hersenen?
Waarin verschillen mensen van chimpansees, het soort waarmee we het nauwste verwant zijn? Mensen hebben het vermogen om te plannen, en naar een doel toe te werken, ons aanpassend gedurende de reis ernaartoe. Chimpansees lijken zich meer bezig te houden met basale activiteiten zoals eten, seksen en bescherming zoeken tegen gevaar. Is dat het verschil, ons vermogen om hogere doelen na te streven?

Onze frontale kwab stelt ons in staat een hoger doel voor ogen te houden, terwijl we in het hier en nu leven. Uit onderzoek blijkt echter dat chimpansees dit vermogen ook hebben. Zij blijken in staat een figuurtje in een computerspel uit een doolhof te leiden, waarvoor ze de uitgang voortdurend in het oog moeten houden. De slimste apen lukt dit vrijwel moeiteloos, ook bij doolhoven die ze nooit eerder hebben gezien, en ze nemen zelden een verkeerde afslag. Vooruit plannen is dus niet uniek voor de menselijke soort. Wat wel?

Is het wellicht taal dat menselijke hersenen onderscheid? Daarmee zijn we immers in staat geweest complexe beschavingen op te bouwen, doordat we snel de kennis van de duizenden generaties voor ons kunnen doorgeven aan onze kinderen. Maar nee, de hersenen van chimpansees zijn weliswaar kleiner dan die van mensen, ze functioneren bijna hetzelfde. En apen blijken verdomd goed in staat taal te begrijpen, zelfs wanneer die complex en verwarrend is. Zo begrijpen ze dat een hot dog niet noodzakelijk heet hoeft te zijn, en dat er geen hond aan te pas komt.

Om te begrijpen waarin de hersenen verschillen moeten we teruggaan naar onze voorouders: de Neanderthalers. Zij maakten prachtige instrumenten, maar waren daarin lange tijd verdomd fantasieloos. Voor honderden duizenden jaren maakte zij steeds dezelfde stenen voorwerpen. Opeens is er iets veranderd en vond er een explosie plaats van creativiteit en innovatief vermogen. Mensen gingen materialen combineren en er ontstond een stroomversnelling van vernieuwing die tot de dag van vandaag voortduurt. Wat er precies in het brein is veranderd zullen we nooit exact weten, maar hiermee is de moderne denkende mens ontstaan.

Ontwikkeling van het brein
Hoe ontwikkelt het moderne brein zich? Wanneer men de hersenactiviteit van een baby meet terwijl gezichten worden getoond, is er een verschil in hersenactiviteit wanneer een gezicht omgekeerd wordt getoond. De vaardigheid om gezichten te herkennen is getraind door oefening. Bij iedere ervaring – hoe klein ook – maken hersencellen verbinding met elkaar. Door herhaaldelijke ervaringen worden bepaalde verbindingen sterker, net zoals dat ze zwakker worden wanneer ze niet getraind worden. Door op die manier te functioneren, is het brein flexibel en dynamisch.

Van een groot deel van onze hersenontwikkeling zijn we ons er niet van bewust, maar van sommige delen wel. Dat worden herinneringen. Voor de meeste mensen geldt dat hun eerste herinnering tussen de leeftijd twee en vier heeft plaatsgevonden. Maar we hebben ook veel herinneringen opgeslagen in de gigantische archiefkast die het brein is, waar we niet meer de sleutel van hebben. Herhaling traint het brein en vormt dus voor een belangrijk deel onze persoonlijkheid.

Het geheugen is opgebouwd uit verschillende delen. Met het semantische geheugen onthouden we feiten, zoals het verschil tussen een bloem en een boom, en een hond en een kat. Dit deel stelt ons in staat de wereld om ons heen te begrijpen. Het is als een gigantische databank die voortdurend wordt aangevuld en aangepast wanneer we nieuwe kennis en ervaringen opdoen.

Bij semantische dementie raakt iemand geleidelijk het vermogen kwijt onderscheid te maken tussen dingen. Dit ontstaat door celsterfte in een bepaald gebied, dat precies het omgekeerde proces in werking stelt als bij de hersenontwikkeling van een kind, waarbij het netwerk van neuronverbindingen wordt opgebouwd. De problemen bij semantische dementie zijn heel specifiek. Een patiënt kan zich bijvoorbeeld bepaalde gebeurtenissen nog prima herinneren, of de regels van favoriete spelletjes. Maar in het herkennen van dieren op plaatjes, is het kennisniveau vergelijkbaar met dat van een kind. De kennis is simpelweg afgebouwd.

Hoe ontstaat bewustzijn in de hersenen?
Het ultieme mysterie van het brein is bewustzijn. Een innerlijke wereld met het besef dat jij jij bent. Niet iets waar de meeste mensen veel over nadenken, maar desalniettemin een wonderlijk fenomeen. Hoe komt dit bewustzijn tot stand? De mening van de meeste neurowetenschappers is dat het bijzondere gevoel van bewustzijn ontstaat uit gewone hersenactiviteit. Het voelt misschien niet zo, maar veranderingen in de patronen van zenuwcellen die in het brein actief zijn, zijn de basis van alles wat we ervaren, redeneren zij. Maar dit is pure filosofie en geen wetenschappelijke theorie.

Vanuit de hersenonderzoekers gedacht moet bewustzijn dus ergens ontstaan in de maalstroom van elektrische activiteit in het brein. Maar hoe verklaren we dan welke van de vele netwerken van cellen boven de drukte uitgehoord worden? Welke eigenschap of welk proces in het brein zorgt voor bewustzijn? Een sterke prikkel kan zorgen voor een golf van hersenactiviteit die de rest tijdelijk overheerst. Anesthesie onderdrukken elektrische signalen tussen hersencellen, dat voorkomt dat de golven zich verder uitbreiden, waardoor een patiënt het bewustzijn verliest. Hallucinerende drugs, zoal Ketamine, creëren tijdelijk nieuwe netwerken tussen cellen die normaal niet actief zijn. Je hebt alleen geen drugs nodig om je hersenactiviteit te manipuleren. Door je op een andere plek te wanen en je voor te bereiden op een pijnlijke stimulus, kun je voorkomen dat je pijn voelt als je bijvoorbeeld een injectie krijgt toegediend. Je voorstellingsvermogen creëert dan een golf die sterker is dan de golf die door de pijnprikkel gecreëerd wordt.

En hoe zit het met het onbewuste? Het is aannemelijk dat al onze acties onbewust beginnen, en dat je je vervolgens bewust wordt van het resultaat. Er is een vertraging van ongeveer een halve seconde voor je iets merkt. We leven dus een halve seconde in het verleden, logisch gezien het grote aantal cellen dat moet samenwerken voor een bewuste ervaring. Een bekende filosofisch wetenschappelijke vraag is daarom of vrije wil wel bestaat. Bij het meten van hersenactiviteit van iemand die een bewuste beslissing neemt voor een actie, is al een opbouwende hersenactiviteit zichtbaar op de scan. De beslissingen die we dagelijks nemen die aanvoelen als bewuste keuzes zijn eigenlijk het resultaat van onbewuste processen in de hersenen, stelt de neurowetenschap.

Hoe ver neurowetenschappen ook zullen komen de komende eeuw, het zal nooit ondermijnen hoe het voelt om een uniek en individueel mens te zijn.

Zie ook:
Hoe werken onze hersenen? – Deel 1

Icon 12 - Water

Hoe werken onze hersenen? – Deel 1

Posted on by Jeppe Kleijngeld

Hoe werken de hersenen 1
Neurowetenschapper Susan Greenfield gelooft dat alle ervaringen van de mens te verklaren zijn door in het hoofd te kijken, zelfs de meest complexe spirituele gevoelens. Moderne wetenschap staat voor de uitdaging uit te zoeken wat er gebeurt in anderhalf kilo kloppende hersenmassa met een netwerk van 100 miljard zenuwcellen. In de BBC documentaire ‘Brain Story’ vertelt Greenfield hoe het brein werkt en individuele mensen vormt tot wie ze zijn. Hoe komen onze persoonlijkheden tot stand?

Temporaalkwab-epilepsie kan iemands perceptie van de wereld veranderen. Vincent van Gogh leed hieraan. Een kenmerk is het anders waarnemen van kleuren en contouren, en het beleven van intense religieuze ervaringen. Rondvliegende neuronen in het brein bepalen op zijn minst voor een sterk deel iemands hele zijn. In Canada zijn experimenten gedaan waarbij religieuze ervaringen zijn gecreëerd in de hersenen van proefpersonen. Zulk onderzoek is omstreden, maar de wetenschap is desondanks begonnen aan de zoektocht naar een fysieke verklaring voor zelfs de meest mystieke ervaringen.

Ons brein heeft delen die we hebben geërfd van primitieve voorouders. De hersenstam, die ademhaling en slaap regelt, stamt nog van de reptielen (het bekende ‘reptielenbrein’). Daaromheen ligt het limbisch systeem, dat de eerste zoogdieren al hadden. Dan is er nog het meest recent ontwikkelde deel, de hersenschors dat verband houdt met onze hogere denkprocessen: logica en ratio. Het oude idee over de werking van de hersenen is dat deze drie delen samenwerken in een vaste hiërarchie met ratio bovenaan. Maar sterke emoties zoals agressie – die nog uit het reptielenbrein stammen – kunnen de rationele delen tijdelijk overheersen. Denk aan voetbalhooligans die met elkaar op de vuist gaan na een wedstrijd van hun favoriete club.

Maar het blijkt niet zo eenvoudig te zijn. Emoties moeten meer zijn dan reptiele driften die ontsnappen aan de ratio. Gedachten en emoties zijn onlosmakelijk aan elkaar verbonden. Neem bijvoorbeeld de emotie walging. In de basis heeft die vooral met eten te maken. Als iemand walging voelt trekken zijn mondhoeken naar beneden. Bij jonge kinderen zit walging vooral in dingen die ze niet (meer) willen eten. Later komt daar de walging van besmetting bij. Als je bij een kind van zeven een kakkerlak in zijn limonade doet en hem er weer uithaalt, zal het kind het drankje niet meer willen. Voor een kind van vier is het geen probleem.

Later in het leven breidt walging zich uit naar andere gebieden. Naar onhygiënische dingen, naar bloed, naar bepaalde seks, naar mensen… Wat bij kinderen begint als ‘haal het uit mijn mond’ wordt bij volwassenen een veel complexere emotie zoals ‘haal het uit mijn hoofd’ of zelfs ‘haal het uit mijn ziel’. Dr. Paul Rozin, die het fenomeen walging onderzocht heeft, noemt het ‘de emotie van de samenleving’. Iemand die geen walging kent, zou je onbeschaafd vinden.

Hoe zit het met emoties in de hersenen? Bij het voorbeeld walging wordt een deel van de hersenen bijzonder actief: het anterior insula, hetzelfde gebied dat actief is als je iets onplezierigs of pijnlijks voelt in je darmen. Het insula helpt ons vaststellen dat er iets naars gebeurt in onze darmen. Of dat nu fysiek is of meer metaforisch, bijvoorbeeld als je ergens van walgt in een gewone situatie. Zelfs als je dus niks onprettigs in je mond hebt, reageert je brein alsof dat wel zo is. Een specifiek hersengebied is nog niet gevonden voor boosheid, verdriet, blijdschap en verbazing. Wel voor angst: onze sterkste en meest primaire emotie. Angst en walging hebben dus gespecialiseerde hersengebieden. Steek dat maar in je zak Dr. Hunter S. Thompson (auteur van verschillende ‘Fear & Loathing’ boeken).

Een bijzonder complexe hersenfunctie is de manier waarop onze perceptie van de wereld tot stand komt. Via onze ogen komt visuele informatie binnen, maar het beeld dat de hersenen laten zien wordt net zo goed vanuit ons geheugen opgebouwd. Kortom, wat we zien is eigenlijk maar heel weinig. Onze hersenen bouwen beelden, niet onze ogen. Daarom kunnen dromen zo levendig zijn. Het brein creëert beelden die worden omgezet in de werkelijkheid door de informatie die onze ogen ontvangen. Omgekeerd van wat je van ‘zien’ zou verwachten. De hersenen zijn een droommachine, en de werkelijkheid wordt gereguleerd en begrensd door de zintuigen.

In het volgende deel kijkt Greenfield naar hoe de hersenen ons hebben geholpen beschaafd te worden (ik weet het, een heel relatief begrip), hoe onze persoonlijkheden tot stand komen, en hoe we vrienden maken met behulp van de hersenen.

Zie ook:
Hoe werken onze hersenen? – Deel 2

10 bizarre hersenafwijkingen

Posted on by Jeppe Kleijngeld

Omdat onze hersenen alle functies van het lichaam aansturen, kan een hersenbeschadiging de realiteit behoorlijk in de war schoppen. Deze 10 voorbeelden hebben wetenschappers veel geleerd over hoe de hersenen functioneren.

1. Gespleten brein
Conditie waarin de twee hersenhelften niet met elkaar communiceren. Stelt patiënt in staat om simultaan twee verschillende objecten te tekenen, één met de linker en één met de rechterhand. In een bekend experiment wordt een patiënt gevraagd zich op één punt te concentreren. Dan krijgt hij een voorwerp in zijn linker gezichtsveld te zien, bijvoorbeeld een fles cola. De informatie komt binnen in de rechterhersenhelft. De persoon kan niet zeggen wat hij ziet, want het spraakcentrum zit in de linkerhersenhelft. Hij kan vervolgens wel de fles pakken (met de linkerhand) omdat deze wordt aangestuurd door de rechterhersenhelft.

2. Bewegingsblindheid
Er is een vrouw, Gisela Leibold, die door hersenschade geen enkele beweging meer kan zien. Ze ziet dus alles in foto’s. Dat maakt het oversteken van een druk kruispunt een bijzonder lastige opgave; ze kan totaal niet inschatten wanneer een aankomend voertuig langskomt.

3. Degeneratieve hersenziekte
Bij deze zeldzame aandoening sterven het voorste deel van iemands hersenen langzaam af. Hierdoor treedt vaak een persoonlijkheidsverandering op. De patiënt wordt bijvoorbeeld onverschillig. De frontaalkwabben die worden aangetast zijn het meest ontwikkelde deel van de hersenen. Zij zorgen voor de individuele verschillen tussen mensen. Ze bepalen ons temperament, onze sociale interactie en onze persoonlijke stijl. Bij deze ziekte sterven deze frontaalkwabben af waardoor persoonlijkheidkenmerken veranderen. Maar er kunnen ook verborgen talenten naar boven komen. Een Britse patiënt ging dwangmatig schilderen, en hij deed het lang niet slecht. Helaas was deze nieuwe bekwaamheid van tijdelijke aard.

4. Kleurenblindheid
Mensen die kleurenblind genoemd worden, zijn dat eigenlijk niet. Ze zien namelijk wel kleuren, alleen worden rood en groen door elkaar gehaald. Er bestaan ook mensen die wel echt volledig kleurenblind zijn en dus alleen maar zwart en wit kunnen zien.

5. Visuele stoornis
Informatie die via de ogen de hersenen binnenkomt, wordt door verschillende hersendelen verwerkt en geïnterpreteerd. Zo is er een deel van de hersenen verantwoordelijk voor de verwerking van vormen en kleuren. Bij een vrouw was er in dit gebied een storing ontstaan na hersentrauma. Haar hele realiteit bestond vervolgens uit een vormeloze massa. Het opmerkelijke was dat het onderdeel verantwoordelijk voor taakverwerking nog wel functioneerde. Een koffieapparaat zag er voor haar misschien wel uit als een grote waas, maar ze kon er wel een kopje keurig netjes onder plaatsen en op de knop ‘cappuccino’ drukken.

Breinafwijkingen

6. Een fantoomlichaamsdeel
Mensen bij wie een lichaamsdeel is geamputeerd, hebben soms het gevoel dat het lichaamsdeel er nog steeds is. Dit gevoel is zo echt dat ze – zeker in het begin na de amputatie – dit lichaamsdeel nog proberen te gebruiken. Ze stappen bijvoorbeeld uit bed alsof hun been er nog is en vallen. Het hersengebied dat correspondeert met dit lichaamsdeel is nog intact wat deze vreemde gewaarwording veroorzaakt.

7. Neglect
Stoornis van het aandachtsysteem waardoor patiënten het gevoel hebben dat hun halve wereld verdwenen is. Dit komt vaak voor bij mensen die een beschadiging aan de rechterhersenhelft hebben opgelopen. Gevolg is dat ze de linkerkant van een ruimte vaak negeren. Ze kleden zich maar half aan, schrijven alleen op de linkerzijde van een pagina, en missen details aan de linkerzijde. Er is niets mis met de ogen, maar met de aandacht voor één kant.

8. Syndroom van Cottard
Neurologische aandoening waarbij de patiënt de waan krijgt dood te zijn, niet bestaat of dat zijn organen of bloed ontbreken. Het is zeldzaam, maar bestaat echt. De aandoening treedt op als gevolg van een neurologische aandoening, hersenletsel of als onderdeel van een breder psychisch ziektebeeld (veelal psychosen) en gaat vaak gepaard met depressies en depersonalisatie. In de TV-serie Hannibal zit een zeer enge aflevering waarin een jonge vrouw hieraan lijdt.

9. Gezichtsblindheid
Ten gevolge van een hersenbeschadiging kunnen sommige mensen niks zinnigs meer maken van dingen die ze zien, zoals gezichten. Ze zien de gezichten wel, maar de link tussen de gezichten en wie het is, werkt niet meer. Iemand die deze hersenbeschadiging heeft opgelopen zal zich dus mogelijk op een feestje aan zijn eigen dochter voorstellen. Lincoln Holmes die aan deze aandoening lijdt zegt; ‘het is niet zo dat alle gezichten op elkaar lijken, maar ze zijn niet herkenbaar als het gezicht van één bepaalde persoon. Als ik mijn vrouw kwijtraak in de supermarkt, kan ik haar nooit terugvinden tussen alle andere vrouwen daar.’ Ook zijn eigen gezicht op een foto herkent hij niet.

10. Voorwerpblindheid
Bij gezichtsblindheid werkt het gespecialiseerde gezichtsherkenningsgebied in de hersenen niet meer. Dit systeem heeft slechts die ene taak, dus iemand die gezichtsblind is, herkent wel voorwerpen. Maar andersom kan ook. Iemand die voorwerpsblind is, herkent prima het gezicht van Albert Einstein, maar kan niet een borstel op een foto identificeren. Hij ziet wel de details, maar herkent niet wat het is. Hij kan niet de koppeling maken tussen wat hij ziet en wat hij weet dat het is.

Bronnen:
– De wereld van onze psyche, hoorcollege met Frans Verstraten (Home Academy)
– Brain Story, Documentaire (BBC)
– Hannibal: TV-Serie (Dino De Laurentiis Company / Living Dead Guy Productions / AXN: Original X Production / Gaumont International Television)