Je brein in een computer

Het klinkt futuristisch: onze gedachten downloaden in een computer. Maar in een tijd waarin neurowetenschappers zelf ook bouwen aan een computerbrein, is misschien niets meer te gek. Hoe staan we ervoor, zitten onze hersenen binnenkort in een computer? En mocht het ooit zover komen, zijn we ons dan wel bewust van de (gevaarlijke) gevolgen?

12 september 2013

Een stap dichterbij

Nature materials publiceerde op 20 februari 2017 de resultaten van een Amerikaans onderzoek waarbij een nieuw bouwsteentje voor een kunstmatig brein is ontwikkeld; een kunstmatige synaps. Nederlander Yoeri van de Burgt, werkte aan dit onderzoek mee.

Een synaps is het kleinste element in de hersenen waarmee informatie opgeslagen wordt. In tegenstelling tot het basiselement van de huidige micro-elektronica, de transistor, kan een synaps heel veel verschillende standen hebben (dus niet alleen maar ‘aan’ of ‘uit’). Ook hoeft er niet continu energie naartoe. Hierdoor kunnen de menselijke hersenen op een heel energiezuinige manier veel informatie tegelijkertijd verwerken. Iets wat ons in staat stelt om bijvoorbeeld snel te leren en snel mensen of objecten te herkennen.

In vergelijking met het menselijk brein werken computers dus nog onhandig en niet zo zuinig, en de wetenschap probeert daarom al jaren om de werking van een synaps te imiteren. Yoeri van de Burgt en zijn collega’s van Stanford University zijn er nu in geslaagd om zo’n synaps na te maken.

De synaps bleek maar 10-12 joule stroom nodig om een andere stand aan te nemen. Dat is veel energiezuiniger dan tot nu toe mogelijk was. Verder ontdekten de wetenschappers dat wanneer ze de kunstmatige synaps kleiner kunnen maken dan 0,1 vierkante micrometer, wat technisch haalbaar is, hij zelfs energiezuiniger kan worden dan de menselijke synaps.

Het materiaal waar de kunstmatige synaps van gemaakt is, is ook nog eens flink goedkoper dan dat van de transistor. Daarnaast is de synaps van organische materiaal en daarmee bestaat de mogelijkheid dat de kunstmatige synapsen ooit gebruikt kunnen worden om verbinding met de hersenen te maken.

Google-man Ray Kurzweil weet het zeker. Over pakweg dertig jaar beschikt de mensheid over krachtige computers die een bewustzijn als het onze zullen hebben en nog slimmer zullen zijn dan wijzelf. Door onze eigen herinneringen en gedachten over te hevelen in deze silicium krachtpatsers, zouden we feitelijk eeuwig door kunnen leven. De uitvinder en futuroloog beschrijft zijn ideeën in het boek How to Create a Mind: The Secret of Human Thought Revealed. Hierin schetst hij ons brein als een – weliswaar extreem – complexe ‘machine’, waarvan de basisprincipes echter relatief simpel zijn en daarom gesimuleerd zouden kunnen worden door computers.

Je brein in een apparaat, een bijzonder idee. “En op zich niet onmogelijk”, zegt Paul Tiesinga, hoogleraar Neuroinformatica aan de Radboud Universiteit in Nijmegen. “Alleen is dat nog tamelijk ver weg. Bij Kurzweils idee over het ‘downloaden’ van een brein in een computer vraag ik me meteen af: hoe ga je die gedachten dan meten? Deze liggen opgeslagen in de minuscule verbindingen tussen je hersencellen.”

Tiesinga is voorzichtig, maar schiet de ideeën van Kurzweil niet direct af, zoals andere neurowetenschappers. En dat is misschien ook wel begrijpelijk, want hij werkt zelf aan computermodel van het menselijke brein: als een van de hoofdonderzoekers binnen het Human Brain Project (HBP).

Een miljard voor een mensenbrein

Het Human Brain Project is een groot onderzoeksproject waaraan meer dan tachtig onderzoeksinstellingen en universiteiten meewerken. De komende tien jaar zullen wetenschappers uit heel Europa hun krachten bundelen om één doel te bereiken: het creëren van een functionerend model van het menselijke brein in een computer.

Er wordt tegenwoordig erg veel onderzoek gedaan naar de hersenen, maar in veel gevallen werken onderzoekers langs elkaar heen. De kracht van het HBP is juist dat onderzoeksmethoden op elkaar worden afgestemd en dat onderzoekers voortbouwen op elkaars resultaten. Mede daarom besloot de Europese Commissie begin dit jaar om een groot deel van het ongeveer een miljard euro kostende project te financieren.

Bouwen om te begrijpen

Waarom willen die wetenschappers ons brein eigenlijk simuleren in een computer? Wat heeft het voor zin? “Omdat we het willen begrijpen”, zegt Tiesinga. Eigenlijk weten we namelijk nog heel erg weinig over de werking van onze hersenen. “De wetenschap lijkt vooralsnog niet in staat een kloppende ‘formule’ op te stellen voor de werking van onze hersenen. Daarom is het credo nu: ‘als we het willen begrijpen dan moeten we het kunnen bouwen’.”

Maar dat niet alleen, want uiteindelijk zou het met dit model mogelijk moeten zijn om met het menselijke brein te experimenteren. Tiesinga: “Wat als er bijvoorbeeld iets fout zit in de hersenen? Hoe kunnen we dat terugzien in bijvoorbeeld EEG-metingen van een patiënt? En als je uiteindelijk een diagnose hebt gesteld, hoe kun je die patiënt beter maken? Dat moet allemaal te testen zijn met zo’n model.”

Van eiwit naar gedrag

Als je een brein wil bouwen, moet je klein beginnen. Eerst moet je weten welke eiwitten actief zijn in zo’n hersencel – die door neurobiologen ‘neuron’ wordt genoemd – en hoe deze cel zijn boodschap communiceert naar andere hersencellen. “Zo lukt het Henry Markram – de oprichter van het HBP – bijvoorbeeld om een netwerk van twaalf neuronen helemaal door te meten”, vertelt Tiesinga. “Een absoluut record.” Inderdaad een prestatie: het is erg moeilijk om een clubje cellen te isoleren uit de rest van ons brein, dat een grote wirwar is van miljarden neuronen die per stuk ontelbare verbindingen met elkaar aangaan.

“Uiteindelijk willen we het gedrag van die twaalf neuronen dus doortrekken naar dat netwerk van miljarden cellen. Twee totaal verschillende schalen natuurlijk.” Een volgend doel is om te ontdekken welke groepjes hersencellen samen de verschillende hersengebieden vormen die elk betrokken zijn bij andere cognitieve processen zoals geheugen, emotie of motorische controle. En als je dat weet, kan je deze gesimuleerde hersenactiviteit gaan meten met vertrouwde beeldvormende technieken zoals functionele MRI en MEG.

Een koe als bol

Dat is dus allemaal nog toekomstmuziek. En volgens Tiesinga gaat de vooruitgang gestaag. Zo wordt een hersencel in huidige simulaties nog steeds voorgesteld als een simpele ‘aan- en uitknop’: hij ‘vuurt’ of hij ‘vuurt’ niet. “Dat is eigenlijk alsof je een koe simuleert als een bol”, grapt Tiesinga. “Nee, neuronen hebben een heel specifieke vorm, en binnenin zijn heel veel eiwitten actief. Dat heeft allemaal invloed op hun gedrag.”

“Wel is het zo dat we waarschijnlijk een redelijke grip hebben op het sterker zwakker worden van de verbindingen tussen neuronen, een proces dat wij neurodynamica noemen. Maar wat er binnenin een neuron precies gebeurt is moeilijker te doorgronden en simuleren. Ook wordt het simuleren van cognitieve processen een erg lastige klus: we begrijpen simpelweg nog niet hoe dat werkt.”

Bovendien moeten we niet vergeten hoe enorm complex ons brein is. “Als je kijkt naar het aantal hersencellen, zo’n 100 miljard, en de verbindingen tussen die neuronen, ongeveer 10.000 per stuk, dan explodeert het aantal mogelijkheden waarop je brein in elkaar kan zitten: dan praat je over zo’n 2^{10.000.000.000.000.000.000.000} opties.”

Dit heeft op zijn beurt weer consequenties voor je meetapparatuur: een snelle ‘huis-tuin-en-keuken-computer’ zal niet meer voldoen. De simulatie van ons brein vereist een supercomputer waarmee je op een zo efficiënt mogelijke manier zoveel mogelijk neuronen kan simuleren. En dat is volgens Tiesinga niet alleen een kwestie van brute rekenkracht. “Zo’n breinmodel produceert gigantische hoeveelheden data. Omdat niet alles bewaard kan worden, moet razendsnel beslist worden of dit moet worden bewaard of dat het de prullenbak in kan.”

Wat als we op play drukken?

Oké, het is dus wel duidelijk dat Ray Kurzweil op de technische feiten vooruitloopt. En behoorlijk ook. Maar stel dat het ons allemaal lukt, dat we ons brein tot op moleculair niveau kunnen nabouwen. Wat als we straks op play drukken? Hebben we dan daadwerkelijk een individu gecreëerd, dat in Kurzweils woorden ‘minstens net zo intelligent is als wijzelf’?

Tiesinga denkt dat het zo’n vaart niet zal lopen. “Waarschijnlijk zullen we alleen basale functies van het brein tot in detail kunnen simuleren: we zullen geen ‘geest’ creëren. Onder andere omdat we geen ervaringen in het model zullen stoppen. En in zekere zin zijn wij onze ervaringen.”

Bewustzijn ‘bouw’ je niet

Neurofilosoof Pim Haselager is het daar mee eens, en legt uit waarom. “Een belangrijk onderdeel van onze ‘geest’ is ons bewustzijn. En bewustzijn ‘bouw’ je niet, dat moet ontstaan.” Haselager is universitair hoofddocent Kunstmatige Intelligentie, ook aan de Radboud Universiteit Nijmegen. “En daarvoor zijn twee dingen nodig: ervaringen – of zoals ik het zie: een interactie met de omgeving – en de samenwerking met een lichaam.”

“Om een computer bewust te laten worden, moet hij kunnen gaan snappen wat hij waarneemt, en hiervan kunnen leren.” Wij kunnen dit door onze ervaringen, gedachten en gevoelens te gebruiken, legt Haselager uit. “Maar die bezit je niet vanaf het ene op het andere moment: die ontwikkelen zich organisch, en daarvoor heb je interactie met de omgeving nodig. Een supercomputer dus ook.”

Een hedendaagse robot wordt bestuurd door een programma.flickr.com

Ook is het brein niet compleet zonder lichaam, stelt Haselager. “Het is opvallend dat alle wezens die een cognitieve beleving hebben – zoals pijn en honger – afhankelijk zijn van een hele nauwe samenwerking tussen hersenen en lichaam. Van die wederzijdse verknoping hangt onze overleving af, en het is mijns inziens ook een vereiste voor bewustzijn.

Een standaard robot is heel anders: die haal je uit de kast, je laat er een programmaatje op los en dan doet hij het gewoon. Een gesimuleerd brein zal ook op een robotlichaam worden aangesloten. Als je dit brein bewust wil laten worden, moet je er dus eerst voor zorgen dat dit brein en zijn ‘lichaam’ afhankelijk van elkaar worden. Hier ligt dus nog een behoorlijke uitdaging.”

Allemaal zombies?

Oké, maar dat alles even terzijde. Stel je voor dat we op één of andere manier een bewust ‘schepsel’ kunnen creëren, ook al is het een computer. “Dat mogen we niet zomaar doen. Eerst moeten we onszelf allerlei filosofische maar ook ethische vragen gaan stellen. Zodat we kunnen beslissen of we dit wel willen, maar ook om te voorkomen dat we dit ‘schepsel’ niet tekort doen: bewustzijn brengt rechten met zich mee.”

“Om te beginnen met de meest filosofische vraag van allemaal: hoe weet je zeker of een computer of robot bewust is? Een computer kan daar van alles over beweren, want je kunt hem programmeren om dit te doen. Koud kunstje om hem te laten zeggen: ‘Ik besta’, of ‘Ik denk dus ik ben’. Maar qua beleving kan hij dan nog steeds als een ijskast zijn: hij voelt niets.”

“De enige persoon van wie ik honderd procent zeker weet dat er gevoel in zit”, zegt Haselager, “Dat ben ik zelf. Doordat ons gesprek normaal verloopt, heb ik het idee dat jij dit ook bent. Maar dit is pure projectie: voor hetzelfde geld ben jij een zombie.” Dat probleem heb je ook altijd met robots, legt Haselager uit, en in versterkte mate, omdat ze zo anders in elkaar zitten. “Pas als een robot zich gedurende de tijd overtuigend gedraagt, kan het aannemelijker worden dat hij bewustzijn als het onze heeft.”

Het Frankenstein-effect

Het Frankensteinprobleem is een ethische zorg. Grote kans dat als we bewustzijn willen simuleren, we dit niet in één keer goed doen. Dan moeten hersenonderzoekers zich achter het oor krabben: mag je onverhoopt cognitieve wangedrochten scheppen? Is dit ethisch onverantwoord of zelfs gevaarlijk? Volgens de Britse media wel.

In de roman van Mary Shelley ontdekte Dokter Frankenstein een methode om een lichaam te bouwen van dood weefsel, dit tot leven te wekken en zo een metgezel te scheppen. Helaas bleek dat de dokter een verre van perfect wezen had geschapen: het monster ontspoorde al snel…flickr.com

En daarmee zijn we er nog niet. Als we zo’n bewust brein zouden hebben, dan zouden neurowetenschappers kunnen denken: ‘Ah, nu kunnen we mooi ziektebeelden gaan testen’. Maar misschien denkt zo’n brein dan wel: ‘Pardon? Ik wil helemaal niet dat ze met me experimenteren!’ En terecht, zegt Haselager. “Dat doen we bij jou en mij toch ook niet?”

“Zo zijn er nog veel meer zorgen, die allemaal laten zien: hoe serieuzer je er van overtuigd bent dat we bewustzijn gaan creëren – even voor de duidelijkheid: waar ik dus niet zomaar in geloof – hoe meer ethische vragen je op je bord krijgt en hoe minder verantwoord het is wat je allemaal met zo’n computer kan doen.”

Je herinneringen opslaan op je laptop zit er voorlopig niet inFlickr.com

Wilde ideeën

Toch denkt Haselager dat dit alles eigenlijk nog niet zo relevant is. Er is een groot gat tussen theorie en praktijk, tussen simulatie en implementatie. “Ik denk dat we voorlopig alleen kunnen denken aan simulatie, ondanks alle wilde ideeën van Ray Kurzweil over het downloaden van gedachten. Kurzweil denkt – niet dat hij een neurobioloog is, ofzo – dat we in 2045 ons brein hebben nagebootst. The real thing. Dat we dan ook onsterfelijk worden. Kurzweil is tegen die tijd bejaard geloof ik, dus dat komt hem waarschijnlijk hartstikke goed uit.”