Op 3 september publiceerden onderzoekers van Google Research, het Amerikaanse HHMI Janelia Research Campus, de University of Cambridge en het Britse MRC Laboratory of Molecular Biology de volledige bedradingskaart van het centrale zenuwstelsel van een mannelijke fruitvlieg. Het internet ging er meteen mee aan de slag en niet om wetenschappelijk onderzoek uit te voeren.
Softwareontwikkelaar Alex Wormuth postte op 6 september op sociale media dat hij de dataset aan de populaire shooter Doom had gekoppeld. Elk beeld uit het spel prikkelt cellen aan de ingang van het netwerk. De activiteit die daaruit volgt, wordt omgezet naar spelbesturing. Schade in de game geeft een prikkel aan twee dopaminecellen.
Een dag later postte ontwikkelaar Jessica Paquette een video waarin Mario in Super Mario 64 rondspringt en telkens opnieuw tegen een muur aan loopt. Mario werd bestuurd door het vliegenbrein. Ontwikkelaar Evan Sinclair Smith was er nog vroeger bij met NeuroCraft Fly, waarin het hele netwerk in Minecraft draait en gebeurtenissen in de wereld worden omgezet naar signalen voor de cellen.
Daarna ging het snel. Iemand liet het netwerk YMCA-poses aannemen op vier verschillende tonen. Iemand gaf het 100 dollar om bitcoin mee te handelen. Er ging een grap rond dat de vlieg beter rijdt dan de gemiddelde BMW-bestuurder nadat iemand het netwerk liet autorijden in een simulatie. Iemand haalde het brein zelfs uit de computer en zette het in een klein lopend robotje met een camera. En er kwam een tegenbeweging: een ontwikkelaar vond dat het beestje genoeg had geleden en begon een simulatie waarin het gewoon eeuwig mag rondvliegen. Fruit fly heaven.
Wat er precies is vrijgegeven
De vraag die onder al die posts verschijnt, is of dit dier iets voelt. Het korte antwoord is nee.
De onderzoekers hebben geen brein gedigitaliseerd. Ze hebben een dood brein gefotografeerd. Het zenuwstelsel van één mannelijke fruitvlieg werd in miljoenen flinterdunne plakjes gesneden. Elk plakje ging onder een elektronenmicroscoop. Daarna plakte software die platte beelden weer aan elkaar tot driedimensionale zenuwcellen, en gingen teams van mensen in Ashburn en Cambridge jarenlang na of de computer de draadjes correct had gevolgd. Wat je overhoudt, is een kaart: welke cel raakt welke cel en op hoeveel plekken.
Zo’n kaart heet een connectoom. Het is de kaart van dit ene beestje. Het dier was dood voor er iets gemeten werd.
Hoe de simulaties werken
De beschrijving van de werking komt niet van een onderzoeksinstelling, maar van Paquette zelf, die haar code openbaar zette met een uitgeschreven uitleg erbij.
Het model kijkt eerst naar het scherm. Tien keer per seconde maakt het spel een piepklein plaatje van wat er te zien is, met een resolutie van 64 bij 48 beeldpunten. De code meet daar licht, kleur en verandering in en stuurt die signalen naar de cellen die in de kaart de oogcellen zijn. Welk beeldpunt bij welke cel hoort, volgt deels de echte anatomie. Deels is het een ruwe schatting.
De signalen gaan daarna door het netwerk. Elke cel krijgt een getal dat staat voor haar elektrische lading. Dat getal loopt vanzelf leeg. Signalen van andere cellen duwen het omhoog of omlaag. Komt het boven een drempel, dan vuurt de cel, gaat het getal terug naar nul en bereikt haar signaal in de volgende stap de cellen waarmee ze verbonden is. Elke seconde gebeurt dit 50 keer.
Een paar cellen sturen de knoppen aan. Aan de uitgang leest de code een kwart seconde activiteit af uit een handvol uitgekozen celgroepen. Eén groep staat voor vooruit lopen. Het verschil tussen links en rechts in een tweede groep stuurt het draaien. Een uitbarsting in een derde groep laat Mario springen en houdt de knop twee beeldjes lang ingedrukt.
En verder is er niets. Er zijn geen gesimuleerde poten, geen spieren, geen training en geen doel. Mario kan tegen een muur lopen en daar blijven staan. De ‘vlieg’ heeft geen honger en is niet bang om dood te gaan. Het is gewoon een computerprogramma, gebaseerd op het brein van een dood dier.
Waarom er niemand thuis is
Een bedradingskaart vertelt je welke cellen elkaar raken. Ze vertelt je niet hoe hard.
Dat is het eerste probleem. In een echt brein is de ene verbinding sterk en de andere zwak, en in dat verschil zit wat een individueel dier tot dat individu maakt. Die waarden staan niet op de kaart. Wat de onderzoekers wel hebben, is een geschat aantal contactpunten per verbinding en een computervoorspelling van welk boodschappermolecuul een cel gebruikt. De rest wordt ingevuld.
Het tweede probleem is de chemie. Een echt brein zit vol stoffen die het gedrag van hele netwerken tegelijk omgooien, zoals angst of paringsdrang. Neurowetenschappers schreven daar al in 2021 een artikel over met de titel A connectome is not enough. Het was een opsomming van alles wat er naast de kaart nog nodig is voor je van begrijpen kunt spreken. Die lijst is sindsdien niet korter geworden.
Het derde probleem: zet je een hersenmodel in een lichaamsmodel dat al is geprogrammeerd om te balanceren en te lopen, dan doet dat lichaam het grootste deel van het werk. Het strijkt rommelige of ronduit foute signalen glad tot een nette stap. De kijker ziet een vlieg lopen. Wat er echt gebeurt, is dat de code van het lichaam de fouten van het brein opvangt. Met genoeg ingebouwde beperkingen kun je bijna elke input op gedrag laten lijken, inclusief die van een toevalsgenerator.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Wat we met fruitvlieghersenen kunnen is echt heel bijzonder en Het gesimuleerde brein van een fruitvlieg heeft nu een gesimuleerd lichaam. Of lees dit artikel: Dit doen dieren voor ze het conflict aangaan (hint: het zijn net mensen).
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
