Computermodel voorspelt verbindingen tussen neuronen

Onderzoekers hebben een computermodel ontwikkeld dat kan voorspellen hoe de verbindingen tussen neuronen in hersenen georganiseerd worden. Het model moet het maken van een simulatie van hersenen vereenvoudigen.

Het simuleren van hersenen vergt complexe modellen en enorme hoeveelheden rekenkracht. Een van de projecten die zich met de simulatie van, vooralsnog kleine stukjes, hersenen bezighouden, is het Blue Brain Project van de Zwitserse École Polytechnique Fédérale de Lausanne. De complexiteit van hersenen is bijzonder lastig te modelleren, niet in de laatste plaats door de vele verbindingen tussen neuronen. Om die te modelleren kunnen voortaan groeimodellen doorberekend worden om een stuk hersenen te simuleren.

De onderzoekers ontdekten dat hun model, waarbij dendrieten of vertakkingen van neuronen onafhankelijk van elkaar groeiden, sterk overeenkwam met de morfologie van echte hersenen. De gesimuleerde groei van neuronen en hun uitlopers kwam voor 75 tot 95 procent overeen met het organische sample. Dat zou de Blue Brain Project-medewerkers een krachtig hulpmiddel in handen geven om een realistische simulatie van hersenen te maken zonder jarenlang de verbindingen tussen neuronen te hoeven uitpluizen.

De vrij willekeurige groei van neuronen, waarbij hun vorm en onderlinge interacties de belangrijkste factor voor de organisatie van de synapsen bleek, verklaart ook waarom hersenen soortspecifieke eigenschappen vertonen. Het nieuwe begrip van hersenmorfologie zou een flinke stap betekenen voor de modellering van hersenen, inclusief het menselijke brein.

Reacties (30)

En steeds beetje bij beetje laten dit soort ontwikkelingen zien dat de mens eigenlijk gewoon een (complex) biologische machine is.

Sterker nog dit overtuigt mij zelfs verder dat de toekomst dus eigenlijk vast staat, en we eigenlijk werken op de automatische piloot. Want zoals dit model uitwijst zijn zelfs de verbindingen tussen neuronen te voorspellen. En de vorming en het functioneren van het brein worden bepaalt door genetische aanleg(een vaste factor) en door wat het te verwerken krijgt(alles om ons heen is ook gebonden aan de wetten der natuur). En handelingen van een persoon worden op zijn beurt weer volledig bepaald door de hersenen, welke reageren op omgevingsfactoren die ook weer aan regels gebonden zijn.

Iets als toeval bestaat in feite dus ook niet, alleen oorzaak->gevolg. En nog veel belangrijke: vrije wil bestaat in feite dus ook niet, alleen actie -> reactie. Hoop trouwens dat dit niet teveel off-topic gaat.

[Reactie gewijzigd door TheDukemaster op 19 september 2012 14:37]

http://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle

En dan natuurlijk:

http://www.smbc-comics.com/index.php?db=comics&id=2211

Het aantal variabelen is inderdaad dusdanig immens dat het daadwerkelijk voorspellen van de toekomst onmogelijk is. Zelfs al zou je alle variabelen op een rijtje kunnen zetten dan zijn de meeste ervan allang weer veranderd tegen de tijd dat het gelukt is. Daarnaast maak je zelf ook deel uit van diezelfde variabelen en wie kan zijn eigen acties voorspelen voordat hij ze bedenkt?

@Njipep: Interessant leesvoer! De comic is overigens ook hilarisch.

Als bepaalde stappen zich herhalen, kan men hier misschien een patroon in vinden en deze overslaan in berekeningen. Als je dat in de toekomst koppelt aan een supercomputer die snel genoeg is, krijg je misschien een beeld dat niet al te veel afwijkt van wat er echt zal gebeuren? De foutmarge zou allesinds in complexe theoretische wiskunde berekend kunnen worden.

Offtopic:
Zo kan de overheid je later in de cel gooien voor je een misdaad pleegt ^^

Over mijn lijk dat ik in een samenleving ga leven die zo'n macht geeft aan de overheid.

Maar aangezien men al gedachten (en dus reacties) kan waarnemen nog voordat je zelf beseft dat je ze bedacht hebt. lijkt de uitspraak van o.a. Sam Harris meer toepasselijk: Je bent enkel waarnemer van je eigen leven.

[Reactie gewijzigd door Soggney op 20 september 2012 11:19]

Sorry maar ik verzet me hevig tegen het idee dat een mens een biologische machine is. 2500 jaar filosofie en men is er nog niet uit.

Jouw standpunt is reductionistisch. D.w.z. dat jij denkt dat je de mens kunt ontleden tot heel kleine stukjes en dan zo begrijpt hoe alles werkt. Dit is een manier van kijken naar de werkelijkheid die de wetenschap hanteert. Maar zo simpel ligt het niet.

Ons zelfbewustzijn is meer dan de som der delen.

Wat je vervolgens beschrijft is een soort klok, die op basis van DNA 'tikt' als een gepredestineerde inrichting. Wel, zie jezelf vooral zo als je wilt, maar ik ben meer dan een genetische klok die verder weinig zeggenschap heeft.

Als je de wetenschap aanhoud dan zijn we een soort kosmisch ongelukje, op een gemiddelde planeet in een uithoek van het heelal, in een typische onbeduidende sterrennevel, bij toeval ontstaan uit een soort oersoep. Dat geeft weinig doel aan het leven.

Ons zelfbewustzijn is meer dan de som der delen.

Wat in het universum is, is in het universum. Alles in het universum kun je beschrijven, dat wil zeggen dat je het ook wiskundig kunt uitleggen. Dit maakt het automatisch onderdeel van "de som der delen", zoals jij het mooi zegt.

Dat geeft weinig doel aan het leven.

Leven heeft geen bewust doel, maar het heeft wel degelijk een doel: voortbestaan. Wel is het mooie aan ons "bewust" bestaan dat wij ons zelf een doel kunnen geven. Dit heeft ons onder andere geleid naar kunst, muziek, filosofie, wetenschap en, jahaa, theologie.

Volgens de Wetten van Newton bestaan wij uit determinisme;actie is reactie. Zo zijn onze hersenspinsels niets anders dan elektrochemische reacties die we hadden kunnen voorspellen als we de juiste variabelen wisten.

Natuurlijk kun jij zelf ook nagaan dat het uiterst zeer onwaarschijnlijk is dat je die kunt bevatten of zelfs vinden. Hier komt de onzekerheid principe van pas. Dit is, zeg maar, de "margin of error'.

[Reactie gewijzigd door Dead Pixel op 20 september 2012 00:39]

Het klinkt als een aardige discussiestarter.
Bedenk wel dat dit modellen zijn die zo dicht mogelijk bij de werkelijkheid proberen te komen. Dat wij het nu simuleren als machine, is misschien puur omdat we de complexiteit nog niet kunnen overzien.

probleem is dat er zo ontzettend veel variablen zijn. en het uberhaupt al enorm variabel is zal je de toekomst moeten kunnen voorspellen over hoe iemand zijn neuronen zich ontwikkelen.

Het is zeker niet gedetermineerd, namelijk door oefening kan je "beter" worden in een bepaalde vaardigheid omdat je juist dan het aantal neuronverbindingen aan het bijmaken bent. Speel je bijvoorbeeld elke dag viool, dan zou maak je meer en meer verbindingen tussen de hersencellen die dit mogelijk maken.

Alcohol is hier de dooddoener in btw, aangezien dat ervoor zorgt dat je (moeilijk opgebouwde) neuronverbindingen weer afgebroken wordt.

Elke cel in je hersenen is verantwoordelijk voor een klein beetje informatie, wanneer die cel slechts nog maar 2 verbindingen heeft bijvoorbeeld, zal je je dat stukje 'moeilijk kunnen bovenhalen', terwijl een cel met 10+ verbindingen je parate kennis bevat.

Studeren is dus in essentie ook het solderen van je hersencellen

Erg interessant hoe het eigenlijk werkt, deze man legt het in ieder geval begrijpelijk uit. Blijkbaar is deze ontwikkeling onverwacht, gezien ze verwacht hadden dat het veel complexer zou zijn.

Goed om te horen dus dat er op dit gebied nog steeds progressie gemaakt word!

inderdaad hij legt het echt foolproof uit. maar goed is meestal met amerikaanse publikaties. alles moet zo simpel mogelijk. (irriteerd mij ook in docu's -.- )

verder erg interesant onderzoek. en zo blijkt dat mensen soms te moeilijk denken/zoeken terwijl het antwoord wel eens een stuk simpeler kan zijn.

Haha ja en meestal ook dezelfde (saaie) stem die publikaties inspreekt -.-

/asperger mode on

Das dan weer een bewijsje voor de universal machine van stephen wolfram, die zegt dat de hele cosmos terug te brengen is tot 1 kleine formule met vrij simpele wetten die als je m doorberekend alles genereert wat er bestaat, net als een fractal dus. Er zijn zelfs mensen die beweren dat onze hersenen op een fractal lijken.
Das ook meteen een reden waarom je de toekomst in theorie kunt voor spellen, maar in werkelijkheid niet, omdat je die formule sneller moet uitrekenen dan de orginele, die dus ook de computer heeft gecreert waar je je berekeningen op doet. niet allleen heb je een achterstand, maar je draait ook nog een soort emulator dus je computer rekent een stuk langsamer.

/ asperger mode off

[Reactie gewijzigd door verleemen op 19 september 2012 15:33]

Bedoel je niet de Theory of Everything van Stephen Hawking? Die is er helaas nog niet. Volgens Hawking in The Universe had ie er al moeten zijn. Ik geloof dat ie dat rond het jaar 2000 verwachtte.

[Reactie gewijzigd door blorf op 19 september 2012 17:01]

Maarja daar zit toch een venijnig addertje onder het gras: Heisenberg's onzekerheidsrelatie Dit betekent dus dat elke keer dat je zo'n fractal van ons Universum zou willen maken die er steeds anders uit komt te zien. Hoewel het idee van een fractal mij ook redelijk in de oren klinkt, krijg je dus een halve fractal. De andere helft is onzeker door deze relatie en kan dus alles in de soep gooien.
Het is dus zo dat we sommige dingen niet kunnen weten en wel per definitie, de onzekerheid zit ingebakken in het Universum.
Maar goed, als je verder gaat kijken en gaat spreken over een mogelijkheid dat dit Universum is gesimuleerd in een dieper universum in een nog dieper universum..... Wat is werkelijkheid? Filosofie

Wauw schitterende video!!! Zou wel vaker zulke video's willen zien op tweakers, Die wat dieper op de materie ingaan

toffe video!

Naast de ontdekking van een goede neuron-simulatie hebben ze nog iets ontdekt: een ultiem slaapverwekkend filmpje. Geniaal eigenlijk, want dit muziekje, het uiterlijk van de man, zijn zachte stemgeluid gecombineerd met 3d modellen van hersens zorgen bij echt voor overstimulatie van het slaapcentrum in mijn hersens.

Wel erg interssant verder, misschien wordt zo ooit bewezen dat het bewustzijn van mensen en het idee van een ziel puur hersenspinsels zijn.

Ja stel je voor... superstoned, maar dan gesimuleerd. of het gevoel van een pilletje, echter, gesimuleerd.. dus drugs/drank/emoties maar dan gesimuleerd, dus zonder nare bijwerkingen.

Het is toch de bedoeling dat jij het ervaart, en niet ziet op een simulatie?

Kortom, we weten nu bijna de hardware van het brein dus, nu nog de software

De vrij willekeurige groei van neuronen, waarbij hun vorm en onderlinge interacties de belangrijkste factor voor de organisatie van de synapsen bleek, verklaart ook waarom hersenen soortspecifieke eigenschappen vertonen.

Sorry, maar dit spreekt elkaar tegen en het is ook niet waar.
Hoe kan iets willekeurig zijn als vorm en interactie bepalend is voor de soort? Dat is het dus niet willekeurig, maar juist specifiek.

Daarnaast is celgroei geprogrammeerd. Ook die van hersencellen. Daar wordt weinig aan de willekeur overgelaten.

De onderzoekers ontdekten dat hun model... sterk overeenkwam met de morfologie van echte hersenen.

Morfologie? En daar bedoelen ze mee dat een wiskundig computermodel overeenkomsten vertoont met de fysieke eigenschappen van een hersencel? Dat kan alleen maar waar zijn als je de functie volledig kunt verklaren aan de hand van de vorm. Ik zeg: Onzin.

Niemand heeft het hier over computers die denken. Er wordt alleen een methode om te voorspellen toegepast mbv een computer. Wat ik me meer afvraag is hoe er voorspellingen gedaan kunnen worden over iets waarvan de werking nog lang niet volledig bekend is. Er kan dus voorspeld worden dat er een verbinding tussen twee neuronen aangelegd moet worden, maar er is niet bekend waar die verbinding precies voor is. Op grond van wat wordt de voorspelling dan gedaan, en wat zou het doel/resultaat moeten zijn van die voorspelling? Ik vind het i.i.g. een beetje tegenstrijdig klinken, maar ik ben ook geen neuroloog...

[Reactie gewijzigd door blorf op 19 september 2012 16:56]

Ik denk dat er voorspelt wordt aan de hand van bekende natuurverschijnselen en vooral chemische verschijnselen. Denk aan zwaartekracht, atoom-, ion- en molecuulbinding, functies van hormonen en enzymen die allemaal effect hebben op het groeien van zenuwcellen. Aan de hand hiervan kan je zaken simuleren, je voert dus de bekende 'spelers' in en laat dit groeien in afzonderlijke modellen met allerlei minimale verschillen. Je komt dan op een hele hoop rare resultaten maar een aantal komen dichtbij de observatie. Nogmaals ik ben geen deskundige maar ik denk dat het zo inelkaar zit. (Vergelijk het met weermodellen, we weten hoe luchtstromen van kou en warmte vloeien over de wereld, en nog belangrijker we weten wat hiervoor gebeurt is. Oftewel we kunnen deze informatie gebruiken om verder te rekenen en bepaalde modellen te maken en deze afzonderlijk testen op de werkelijkheid: schijnt de zon of regent het )

Daar zit wat in. Een digitale simulatie van een stukje biologisch "brein" kan het uiteraard doen met digitale i/o in plaats van allerlei chemicalien. Het lijkt dan op een functie uit een computerprogramma, maar dan een met een enorme hoeveelheid parameters, die kunnen staan voor de fysiek voorkomende informatieuitwisseling tussen zenuwcellen. Ik kan me voorstellen dat dat een bijna onoplosbare puzzel oplevert. Met dat voorspellingsalgoritme kan het oplossen misschien efficienter gemaakt worden omdat een interessant gebied of juist een doodlopende weg aangewezen kan worden voordat je het daadwerkelijk gaat onderzoeken.

Gek idee dat het ooit misschien mogelijk is dat conventionele computers met hun brute exacte rekenkracht een biologisch netwerk van neuronen kunnen ontrafelen.
Ik heb wel te doen met de eerste persoon die erachter komt dat hij digitaal is

zijn post is wel ontopic, Maargoed een computer voert uit wat er geprogrammeerd is, Maar deze wetenschappers zeggen dat het lijkt alsof de verbindingen tussen de neuronen (synapses) groeien volgens een gerandomiseerd algoritme, wat wel degelijk kan worden geprogrammeerd.

computermodel dat voorgeprogrameerd is door de mens.

Het is inderdaad waar dat een simpel programma niet intelligent is omdat het operatie's uitvoert die gedefinieerd zijn door iemand. Het verschil met een complex neuron netwerk dat aldaniet wordt uitgevoerd op een computer is het feit dat de degrees of freedom vele malen groter zijn. Ik denk dat de intelligentie van het brein hem zit in de ongelofelijker grote hoeveelheid degrees of freedom die worden gecreëerd door 16.410.000.000.000.000 verbindingen (synapses) tussen ongeveer 100 000 000 000 neuronen. Ik durf wel te zeggen dat we een computer programma met "16.000.000.000.000.000" afhankelijkheden intelligent kunnen noemen

er zijn immers nog steeds geen zelfdenkende computers dus kan deze computer alleen dingen ''voorspellen'' binnen de grensen van het programma.

Dan zou je ook kunnen zeggen dat hersenen niet zelfdenkend kunnen zijn aangezien de acties in de hersenen ook werken binnen de definieerbare degrees of freedom die gecreëerd worden door de structuur van de hersenen.

[Reactie gewijzigd door kajdijkstra op 19 september 2012 18:35]

Je post is gewoon van lage kwaliteit en slaat nergens op, de moderatie is geheel terecht.

Als jij zegt dat een door de mens geschreven stukje software nooit tot meer zal kunnen komen dan precies de redeneringen die er door de mens zijn ingestopt ga je voorbij aan 60 jaar technologie. Een computer is allang geen elektronisch telraam meer. In de basis wel, want het schakelt enen en nullen, maar op een hoger abstractieniveau worden er (al heel lang) oplossingen voor problemen gevonden die mensen zelf vantevoren niet verzonnen hadden. Er is al lang 'intelligente' software, er is evoluerende software waarbij de regels code zichzelf vernieuwen en aanpassen om tot effectievere oplossingen te komen. De mens laat het idee van de creativiteit van natuurlijke selectie los binnen software-omgevingen - een best spannend deelgebied van programmeren, al weet ik er niet al te veel vanaf.

Je post is dus zeker wel on-topic, maar als je zoveel technologische ontwikkeling negeert/ontkent, dan kan dat wel wat tenenkrommend aandoen hier, in een techneuten-gezelschap ;-)

Google eens op artificial intelligence. Je statement 'intelligentie van software bestaat niet want het kan nooit meer worden dan de mens erin stopt' is erg lastig te verdedigen, met enige kennis van wat er binnen AI al allemaal mogelijk is.