Eerder deze maand, op de jaarlijkse conferentie van de Neuroscience Society, demonstreerden twee teams van wetenschappers nieuwe technologieën die ons eeuwig geluk zouden kunnen schenken. Wat als het geheim van eeuwig geluk in een hersenimplantaat ligt? Stel je voor: een set van kleine elektroden zit stil in verschillende delen van de hersenen en registreert de elektrische activiteit van dit orgaan in realtime. De gegevens worden naar een persoonlijk algoritme gestuurd - een "stemmingskaart" - die de algemene stemming van een persoon kan schatten op basis van alleen hersengolven.
Wanneer het systeem patronen registreert die duiden op het begin van een depressie, stuurt het elektrische signalen naar het stemmingscentrum van de hersenen. Onder toeziend oog van het algoritme gaat het systeem door met stimuleren totdat de defecte circuits zijn teruggekeerd naar hun "gelukkige" toestand.
Het algoritme is volledig onafhankelijk. Elk signaal, elke instelling is verborgen onder een kap. Het systeem heeft geen begeleiding van een arts nodig, en de persoon kent de signalen niet - voelt alleen een algemene verlichting van verdriet.
Door DARPA gefinancierde wetenschappers hopen dat deze futuristische implantaten met een gesloten kringloop op een dag veteranen met PTSD - een posttraumatische stressstoornis - of mensen met een ernstige depressie die niet op medicatie reageren, zullen helpen.
"Het brein is heel anders dan alle andere organen vanwege het netwerk en het aanpassingsvermogen", zegt Justin Sanchez, programmamanager bij DARPA. "Real-time gesloten neurale interfaces stellen ons in staat om afstand te nemen van het traditionele statische beeld van de hersenen en naar een nauwkeurige behandeling te gaan."
Hoewel dit systeem in de eerste plaats is ontworpen om mensen met een psychische aandoening te helpen, kan de potentiële impact veel verder gaan.
Het is duidelijk dat hersenchirurgie een hoge prijs is voor 'gestimuleerd geluk', vooral voor de gemiddelde persoon. Het is echter mogelijk dat de componenten van het systeem uiteindelijk vervangen kunnen worden door niet-invasieve manieren om hersenactiviteit te meten en te stimuleren.
Wat gebeurt er dan? Zult u anderen kunnen vertrouwen met directe, constante, chronische toegang tot uw innerlijke gevoelens? Kom je in de verleiding om al je emoties in geluk te verdrinken?
Promotie video:
Graaf dieper
Dit alles is natuurlijk alleen mogelijk als het systeem werkt.
Het systeem is gebaseerd op de oude technologie van diepe hersenstimulatie (DBS).
Voor het eerst goedgekeurd voor de behandeling van bewegingssymptomen tijdens de ziekte van Parkinson, vertrouwt GSM op elektroden die rechtstreeks in de hersenen zijn geïmplanteerd om elektrische impulsen af te geven. Deze impulsen werken samen met lokale neuronen en veranderen hun activiteit.
Net als het gooien van een kiezelsteen in een vijver met stilstaand water, pulseren veranderingen in deze basisgroep van neuronen langs zenuwcircuits. Hoewel neurowetenschappers de specifieke mechanismen niet volledig hebben begrepen, lijkt GSF een verscheidenheid aan neurologische aandoeningen te verlichten. Dat hebben tenminste enkele verspreide beproevingen aangetoond.
In een van de eerste demonstraties van de kracht van brandstoffen en smeermiddelen, zetten wetenschappers het stimulatiesysteem aan en uit en vroegen ze een depressieve patiënt hoe hij zich voelde. Ongelooflijk genoeg meldde de patiënt alleen "opgewektheid" als het systeem werkte - ook al realiseerde hij zich dat de wetenschappers elektrische impulsen hadden geactiveerd.
Deze en andere vroege succesverhalen leidden tot een recent grootschalig klinisch onderzoek onder 90 mensen met depressie. Slecht nieuws: studies vonden gemiddeld geen verbetering na een jaar behandeling.
Maar Dr. Edward Chang, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Californië, San Francisco, die een van de projecten leidt, denkt dat dit nog maar het begin is.
De meeste brandstoffen en smeermiddelen behandelen depressie op dezelfde manier, hoewel mensen het anders ervaren. Deze systemen dompelen de hersenen onder in constante elektrische impulsen. Het stimulatieprotocol wordt bepaald door de arts, niet door de werkelijke toestand van de hersenen van de patiënt. Volgens Chang is het belangrijk om implantaten te maken die speciaal zijn ontworpen om iedereen individueel te behandelen - en het systeem alleen in te schakelen als dat nodig is.
Stemmingskaart
De wetenschappers nodigden Dr. Omid G. Sani uit, een elektrotechnisch ingenieur aan de Universiteit van Zuid-Californië, en ontwikkelden een algoritme dat hersengolven vertaalt in subjectieve gemoedstoestanden. Het team werkte met zes epileptische patiënten met reeds geïmplanteerde elektroden om de oorzaak van hun aanvallen op te sporen. Drie weken lang werd de hersenactiviteit van de patiënt nauwlettend gevolgd, terwijl de stemming werd gevolgd met behulp van een standaardvragenlijst.
Door deze twee soorten informatie te vergelijken, bedachten de wetenschappers een algoritme dat een klein aantal "neurale voorspellers" extraheerde - dynamische patronen van neurale netwerkactiviteit - die de steeds veranderende gevoelens van een persoon nauwkeurig konden voorspellen.
Er zijn verschillende foci ontstaan, waaronder het limbisch systeem, een eerder geïdentificeerd centrum voor stemmings- en motivatiemanagement.
"Deze biomarkers van dynamische stemming en algoritmen die de stemming decoderen, kunnen een beeld geven van de hersenprocessen die ten grondslag liggen aan stemmingsbeheer", concludeerde Sani.
Het is ook de eerste stap naar gepersonaliseerde hersenstimulatie bij depressie.
Volgens Nature hebben Sani en Cheng al een testsysteem ontwikkeld dat klaar is om op mensen te worden getest. Dergelijke lusvormige systemen zijn al op meerdere mensen getest, maar Cheng benadrukt dat deze voorlopige resultaten verder moeten worden geverifieerd.
Te ver gaan
Een tweede team van wetenschappers, geleid door de neurochirurg Emad Eskandar van het Massachusetts General Hospital, koos voor een iets andere benadering.
De zogenaamde transdiagnostische benadering kijkt naar de overeenkomsten van verschillende psychische stoornissen, in plaats van naar een specifieke stemmingsstoornis. Wetenschappers hebben daarom algoritmen ontwikkeld die hersenactiviteit vastleggen en markeren die verband houdt met bekende aspecten van een slecht humeur, zoals verhoogde angst, vergeetachtigheid en gebrek aan empathie.
Eskandar gelooft dat hersengolven slechts een klein deel van de gegevens zijn. Zijn team hoopt ook de activiteit van individuele neuronen te registreren om die te identificeren die tot psychische aandoeningen leiden.
Het doel is natuurlijk buitengewoon ambitieus. Als dit lukt, zal Eskandar de symptomen van de ziekte kunnen volgen, van enkele neuronen tot neurale circuits van hersenactiviteit - en dan zal het mogelijk zijn om een meerlaagse atlas samen te stellen voor artsen die deze kunnen gebruiken om de beste behandelingsmethoden te vinden.
Wetenschappers bestudeerden hun eigen capaciteiten en presenteerden op de conferentie een algoritme dat detecteert wanneer mensen iets uit het oog verliezen door een gebrek aan aandacht. Deelnemers werd gevraagd om zich te concentreren op een taak - zoals het identificeren van emoties op computergegenereerde gezichten - terwijl ze hun hersenactiviteit in de gaten hielden. Het algoritme leerde uiteindelijk patronen van neurale activiteit te identificeren die samenhangen met afleiding.
Toen wetenschappers de hersenen van vrijwilligers in de besluitvormingsregio stimuleerden, verbeterden hun probleemoplossende prestaties aanzienlijk. De structuren van neurale activiteit van de "verspreide hersenen" verdwenen ook.
Het team werkt momenteel aan het automatiseren van het proces, zodat het algoritme direct stimulatie triggert tijdens aandachtstekort.
Hersenen binnenstebuiten
Als deze DARPA-projecten tot bloei komen, zal onze behandeling van psychische aandoeningen radicaal veranderen. Maar wetenschappers zijn bang dat we in het mijnenveld van de ethiek terechtkomen.
Om deze gesloten systemen volledig te implementeren, moet het algoritme altijd de ware gevoelens van de persoon kennen. Hoewel hij geen stemmingswisselingen meldt, zijn de gegevens beschikbaar voor onderzoekers en artsen. En als dergelijke behandelingen ooit gecommercialiseerd worden, zullen patiënten dan in staat zijn om bedrijven te vertrouwen om hun gevoelens en emoties veilig te houden?
Sommige wetenschappers zijn ook bang dat de elektrische gelukspil iemands ego zal veranderen.
"Bij elke behandeling van hersenziekten lopen we het risico iedereen hetzelfde te maken en elke afwijking van de norm als een ziekte te behandelen", zegt dr. Karen Rommelfanger van Emory University over brandstoffen en smeermiddelen. “We willen hierin magie zien. Maar willen we helemaal van een depressie af? Nee, en zou niet moeten. Mens zijn betekent een heel scala aan ervaringen ervaren”, zegt ze.
Het zal nooit overbodig zijn om hierover te praten. Maar volgens Chang maken de voordelen op korte termijn - het vermogen om een persoon van dit volledige scala aan symptomen te ontdoen - projecten al de moeite waard. "Dit is de eerste keer dat we een venster naar de hersenen openen", zegt hij.
Ilya Khel
