Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


Wanneer Neurologie en Electronica elkaar ontmoeten Dr. Kris Verstreken, lezing udll 23/04/2013

Dovnload 9.42 Kb.

Wanneer Neurologie en Electronica elkaar ontmoeten Dr. Kris Verstreken, lezing udll 23/04/2013



Datum01.08.2017
Grootte9.42 Kb.

Dovnload 9.42 Kb.


Wanneer Neurologie en Electronica elkaar ontmoeten
Dr. Kris Verstreken, lezing UDLL 23/04/2013

Zowel electronica als biologie hebben de laatste decennia een grote vooruitgang gekend. Meer transistoren per chip, meer DNA-baseparen gesequenced. De toename van het aantal transistoren per chip wordt traditioneel gegeven in de wet van Moore. Er is een gelijkaardige wet voor de daling van de kost van het aantal baseparen in DNA bij het sequencen, en de daling is zelfs nog meer uitgesproken dan die voor de electronica. Het is dan ook zeer symbolisch dat Gordon Moore, die de oorspronkelijke wet formuleerde, onlangs zijn genoom liet sequencen met een nieuwe evolutie in de halfgeleidertechnologie, de Ion Proton technologie. Een mooi voorbeeld van het samenkomen van twee totaal verschillende disciplines: Electronica en biologie.


In deze voordracht wordt een korte inleiding gegeven over electronica en biologie, vooral gefocust op de neuroscience. Beide disciplines hebben een ware revolutie doorgemaakt de afgelopen decennia. Maar een vergelijking leert ons dat er grote verschilpunten zijn. De systemen worden vergeleken op verschillende schaalgroottes.
Op microscopische niveau moeten we de bouwstenen naast elkaar zetten: Voor electronica gaat dat van transistor tot processor, voor biologie van eiwit tot cel. Er zijn heel wat parameters die hier een rol kunnen spelen, maar het belangrijkste element volgt uit de manier van ontwerpen: Electronica is gegroeid door “intelligent design”, en hoewel voor biologie de meningen nog verdeeld lijken nemen we hier een mate van evolutie aan.
Bij numerieke vergelijking lopen de interpretaties uiteen, maar steeds blijkt dat de biologie 10’000 tot 10’000’000 efficienter is dan de electronica qua energetisch rendement. Evolutie blijkt dus een zeer intelligent of tenminste efficient ontwerp op te leveren! Maar waar liggen de nadelen van het biologisch “ontwerp”? Waar is de electronica dan wel goed in? Het antwoord is eenvoudig: Snelheid en determinisme. De gevolgen daarvan zijn ook te zien op andere schaalgroottes:
Een macroscopische vergelijking leert ons dat de verschillen tussen de bouwstenen zich vertalen in volledig verschillende systemen. En daar is de electronica wel degelijk efficient: Electronica is meerdere grootteordes sneller dan neuronen en dat vertaalt zich in een veel hogere bandbreedte, gedefinieerd als de hoeveelheid informatie die kan doorgegeven worden per tijd.. Inderdaad is het zo dat mensen een zekere “lock-in” hebben: Informatie is veel sneller in te voeren in onze lichamen dan terug uit te voeren als communicatie naar de omgeving. Maar onze hersenen gebruiken een oplossing voor dit probleem, waar we tijdens de les wat verder op in gaan.

Ook is het voor onze hersenen voorlopig nog steeds mogelijk om veel sneller te interpreteren, voorspellen en te reageren dan computers. Dat ligt dan aan het andere verschilpunt: Architectuur. Processoren zijn serieel opgebouwd en statisch, neurale netwerken zijn extreem parallel en dynamisch.

Elk van beide kanten heeft zijn uitgebreide evolutie doorgemaakt. Zowel de nieuwe iPads, pacemakers als de nieuwe gentherapie zijn prima voorbeelden van wat nu al mogelijk is.
Een vraag die zich hier stelt is: “Wat is het dan nog nut van een “ontmoeting” tussen Neurologie en Electronica?”. Inderdaad, als beide disciplines reeds zo ver geevolueerd zijn, en zoveel is reeds mogelijk, waarom nog de extra moeite doen om ze samen te brengen?

Het is echter niet zo eenvoudig. Voorbeelden van hersenstimulatie bij Parkinson en epilepsie tonen aan wat reeds kan, maar ook wat niet kan en wat ver van ideaal is. Dit kan zeker beter. Ook op het gebied van de farmaceutische producten is het zeer moeilijk om complicaties te vermijden, omdat bijna alle producten een globale werking hebben. Het localiseren van behandelingen zou veel complicaties vereenvoudigen en risicoloos maken.

Hybride systemen, die een deel van beide kanten bevatten, lijken een oplossing te bieden. Maar biologie is nog steeds niet erg compatibel met “harde” electrodes die worden ingebracht. En electrodes eroderen in het aggressieve biologische milieu. Er zijn weliswaar nieuwe flexibele en stabiele ontwerpen, maar het is geen fundamentele aanpak van het probleem. Echter, nieuwe interfacetechnologie zoals optogenetica, het stimuleren van zenuwcellen met licht, laten toe op een andere en betere manier te interageren met levende wezens.

Toepassingen van deze en andere instrumenten worden gegeven. Ook microreactoren en weefsel engineering zijn nieuwe applicaties waarvan er sommige reeds in de kliniek worden gebruikt. Nieuwe soorten hybriede prothesen worden dan mogelijk, door het patient-specifieke en translationele karakter van zulke therapie.

Dit hoeft echter niet het einde van de weg te zijn. Elke keer als er een nieuwe methode werd toegevoerd om informatie uit de gebruiker in een computer te brengen (muis, aanraakscherm, oogbewegingen,...) maakte men een grote sprong voorwaarts. Er is een grote nood aan nieuwe interactiemethodes met computers. Ook daar zouden hybriede systemen hun nut kunnen bewijzen.

Er komen zeker nog heel wat fascinerende toepassingen op ons af, sommige reeds in de zeer nabije toekomst.

Aanraders:

- Hawkins, Jeff, and Sandra Blakeslee. "On intelligence: How a new understanding of the brain will lead to the creation of truly intelligent machines."Henry Holt & Company, New York, NY (2004).



  • Koch, Christof. The quest for consciousness. New York, 2004.




Dovnload 9.42 Kb.