Neuronen maken kabaal

Artikel
Neuronen
Een gekweekt netwerk van neuronen

Natuurkundige en computerwetenschapster Hannah Pinson (VUB) onderzocht hoe de neuronen in onze hersenen met elkaar communiceren. Dat deed ze niet door levende hersenen te bestuderen, maar door een netwerk van gekweekte hersencellen op een supergevoelige sensor te plaatsen. Daarvoor trok ze naar het MIT in Boston, waar ze onderzoek doen naar artificiële intelligentie.

Als natuurkundige en computerwetenschapster werkte Hannah Pinson aan twee masterproeven tegelijk, maar van neurowetenschappen wist ze aanvankelijk weinig af. Ze leerde in sneltempo bij over dit onderwerp.

“We boeken enorme vooruitgang op het gebied van artificiële intelligentie, maar we weten nauwelijks hoe de menselijke intelligentie in elkaar steekt.” Op zich is dat niet verwonderlijk, aldus Pinson: “Neuronen, de cellen waaruit onze hersenen zijn opgebouwd, zijn zo klein dat het tot voor kort onmogelijk was om de activiteit van een groot netwerk aan neuronen precies te meten.” 

De activiteit van neuronen in échte hersenen meten is ook vandaag nog te moeilijk: de cellen in het brein zitten te dicht op elkaar. Daarom deed Pinson haar onderzoek op een gekweekt netwerk van neuronen, gemaakt op basis van stamcellen door collega’s aan de universiteit van Harvard. Geen stamcellen uit embryo’s, maar stamcellen afgeleid uit huidcellen.

Drumsolo’s
Dat gekweekte netwerk plaatsten ze op een supergevoelige sensor. Om informatie te verwerken zenden de neuronen voortdurend kleine elektrische signalen uit: de sensor registreerde het ritme van de signalen.

Hannah Pinson vergelijkt het met drummers: “Neuronen spelen zonder enig ritme en compleet uit de maat, een beetje alsof een driejarige kleuter een experimenteel stukje jazz aan het opvoeren is. Een ongestructureerd kabaal dat nochtans de basis vormt van alles wat je zegt, denkt en doet.” 

Uiteindelijk wilden ze de communicatiepatronen in het netwerk ontdekken: “Welke neuronen zenden zenuwimpulsen uit naar welke andere neuronen, en hoe lang doen die signalen erover om hun doel te bereiken? Niet eenvoudig, want neuronen zijn erg wispelturig. Soms produceren ze een zenuwimpuls zonder eerst een signaal van een ander neuron te hebben ontvangen.”

We boeken enorme vooruitgang op het gebied van artificiële intelligentie, maar we weten nauwelijks hoe de menselijke intelligentie in elkaar steekt.

Om die communicatiepatronen te ontdekken, moesten ze eerst alle informatie verwerken met geavanceerde statistische methodes en computerprogramma’s. “Hierdoor konden we onder meer aantonen dat, in netwerken waar neuronen veel connecties vormen, de zenuwimpulsen gesynchroniseerd geraken. Hoe meer connecties er zijn, hoe meer de neuronen dus in dezelfde maat begonnen te drummen.”

Zelfrijdende auto’s
Op basis van deze conclusies, die ze in haar fysicamasterproef verwerkte, schreef ze een tweede masterproef in de computerwetenschappen. Daarin onderzocht ze hoe deze inzichten in biologische intelligentie vertaald kunnen worden naar artificiële neurale netwerken. Pinson: “Artificiële neurale netwerken zijn computerprogramma’s waarin sommige eigenschappen van biologische neuronen verwerkt zijn. Ze worden gebruikt in zelfrijdende auto’s, beursvoorspellingen of objectherkenning in foto's.” 

hannah pinsonMet haar dubbele masterproef won Hannah Pinson de Agoriaprijs voor technologisch en innovatief onderzoek. Daarnaast werd ze ook genomineerd voor de Eosprijs. Momenteel werkt ze aan een doctoraat waarbij ze haar huidig onderzoek aan de VUB verderzet. Voor dat onderzoek keert ze nog regelmatig terug naar het MIT.

Promotoren: prof. Tom Lenaerts (VUB) en prof. Vincent Ginis (VUB)
Begeleiding: prof. Max Tegmark (MIT)

Lees de scriptie

 

De Agoriaprijs

Hannah Pinson won de Agoriaprijs 2018.  Ook dit jaar gaat Agoria opnieuw op zoek naar de beste scripties rond technologie en innovatie. De winnaar ontvangt een prijs ter waarde van 1.500 euro. Doe mee met de Vlaamse Scriptieprijs en maak automatisch kans op de Agoriaprijs!

 

Eosblog & Eosprijs

Dit artikel verscheen ook op de website van Eosmagazine.
Hannah Pinson werd ook genomineerd voor de Eosprijs 2018. Ook dit jaar gaat Eos op zoek naar de beste bachelor- of masterproef over exacte wetenschappen. De winnaar ontvangt 1.000 euro. Doe mee met de Vlaamse Scriptieprijs en maak automatisch kans op de Eosprijs!

 

De Vlaamse ScriptieKrant

Dit artikel verscheen in de Vlaamse ScriptieKrant. De Vlaamse ScriptieKrant is een driemaandelijkse uitgave waarin Scriptie vzw sterke bachelor- en masterproeven van deelnemers van de Vlaamse Scriptieprijs in de kijker zet. Lees je liever op papier? De ScriptieKrant is gratis te verkrijgen in alle Vlaamse openbare bibliotheken!