Afkijken van het brein

2013 is het jaar van het brein, the last frontier. De aandacht en investeringen zijn enorm: het Human Brain Project ontving een van de grootste subsidies ooit door de EU aan een project gegeven: een miljard euro. In de VS zien we Obama's Brain Initiative en het Connectome, ook in China zien we soortgelijke grote initiatieven. We gaan, na de decade van het genoom, de ontdekking en benutting van ons DNA, nu de decade van de ontdekking en benutting van ons brein in.

We kunnen veel leren van het brein. Googles Data Centers gebruiken megawatts; ons brein slaat ook enorme hoeveelheden data op, maar gebruikt slechts 25 watt! En op het gebied van visuele waarneming, het herkennen, is ons visuele systeem nog steeds superieur aan de computer. Een kwart van ons brein, met zo’n 1010 neuronen en zo’n 1014 synapsen, blijkt ingezet voor visuele perceptie. Dat zijn nogal wat cellen en verbindingen. Wat doen die allemaal? Kunnen we de wiskundige principes van dit herkennen begrijpen? Snappen hoe dit systeem zichzelf organiseert, hoe het leert? Tegenwoordig kunnen we met uiterst geavanceerde MRI-methoden zien wat ons eigen brein doet, waar het actief is, hoe de verbindingen lopen, en dit alles kan niet-invasief, zelfs in ons eigen brein. In proefdieren kan men nog verfijnder kijken en is de activiteit en organisatie van duizenden cellen tegelijk zichtbaar.

Het brein inspireert tot onconventionele ideeën. Wij, ingenieurs, proberen onze beelden alsmaar kleiner in opslag te maken om de computer te helpen, met slimme datacompressie en dimensiereducties. Maar in het visuele systeem blijkt dat daar precies het tegenovergestelde gebeurt: op het netvlies al zien we dat we de wereld met een reeks van resoluties bekijken, van heel fijn tot heel grof. Eigenlijk kijken we met zo'n 100 camera’s tegelijk. En in onze visuele brein, gelegen in ons achterhoofd, blijkt dat elk pixel met ontzettend veel filtertjes bekeken wordt. Er wordt getest in allerlei richtingen, op allerlei snelheden in alle richtingen, op heel veel dieptes, op mate van ribbeligheid, op kleur. Het blijkt dat hier hele mooie, deels nieuwe, wiskunde achter schuil gaat. We gaan die met een tweetal mooie Europese subsidies verder uitzoeken. Die slimme ideeën, geleerd van het brein, bouwen we, samen met de industrie en klinische instellingen, in ziekteherkennende ‘computerondersteunde diagnose’-systemen, waarmee de dokter geholpen wordt om de immer toenemende stroom van medische beelden optimaal te benutten. Eén van de diverse huidige projecten is het screenen naar diabetes in China door automatische analyse van netvliesbeelden.