We weten niet hoeveel informatie het menselijk brein kan opslaan. agsandrew/Shutterstock
LEZERSVRAAG: Ik ben 59 jaar oud, en in redelijk goede gezondheid. Is het mogelijk dat ik lang genoeg zal leven om mijn hersenen in een computer te stoppen? Richard Dixon.
Wij stellen ons vaak voor dat het menselijk bewustzijn zo eenvoudig is als de input en output van elektrische signalen binnen een netwerk van verwerkingseenheden – dus vergelijkbaar met een computer. De werkelijkheid is echter veel gecompliceerder. Om te beginnen weten we eigenlijk niet hoeveel informatie het menselijk brein kan bevatten.
Twee jaar geleden heeft een team van het Allen Institute for Brain Science in Seattle, VS, de 3D-structuur in kaart gebracht van alle neuronen (hersencellen) die zich in één kubieke millimeter van de hersenen van een muis bevinden – een mijlpaal die als buitengewoon wordt beschouwd.
Dit artikel maakt deel uit van Life’s Big Questions
De nieuwe serie van The Conversation, die samen met BBC Future wordt uitgegeven, probeert een antwoord te vinden op de knagende vragen van onze lezers over leven, liefde, dood en het universum. We werken samen met professionele onderzoekers die hun leven hebben gewijd aan het ontdekken van nieuwe perspectieven op de vragen die ons leven vormgeven.
Binnen dit minuscule kubusje hersenweefsel, ter grootte van een zandkorrel, telden de onderzoekers meer dan 100.000 neuronen en meer dan een miljard verbindingen tussen die neuronen. Zij slaagden erin de overeenkomstige informatie op computers vast te leggen, met inbegrip van de vorm en configuratie van elk neuron en elke verbinding, waarvoor twee petabytes, of twee miljoen gigabytes aan opslagruimte nodig waren. En om dit te kunnen doen, moesten hun geautomatiseerde microscopen gedurende enkele maanden continu 100 miljoen beelden verzamelen van 25.000 plakjes van het minuscule monster.
Als dit nodig is om de volledige fysieke informatie van neuronen en hun verbindingen op te slaan in één kubieke millimeter muizenbrein, dan kun je je misschien voorstellen dat het verzamelen van deze informatie uit het menselijk brein geen peulenschil zal zijn.
Het extraheren en opslaan van gegevens is echter niet de enige uitdaging. Wil een computer de werkwijze van de hersenen evenaren, dan moet hij in zeer korte tijd toegang hebben tot alle opgeslagen informatie: de informatie moet worden opgeslagen in zijn RAM-geheugen (random access memory), in plaats van op traditionele harde schijven. Maar als we zouden proberen de hoeveelheid gegevens die de onderzoekers hebben verzameld op te slaan in het RAM-geheugen van een computer, zou dat 12,5 maal de capaciteit in beslag nemen van de grootste single-memory computer (een computer die is opgebouwd rond geheugen, in plaats van verwerking) die ooit is gebouwd.
Het menselijk brein bevat ongeveer 100 miljard neuronen (evenveel sterren als er in de Melkweg geteld kunnen worden) – een miljoen maal zoveel als er in onze kubieke millimeter muizenbrein zitten. En het geschatte aantal verbindingen is maar liefst tien tot de macht 15. Dat is tien gevolgd door 15 nullen – een aantal dat vergelijkbaar is met de individuele korrels in een twee meter dikke laag zand op een 1 km lang strand.
Een kwestie van ruimte
Als we niet eens weten hoeveel informatie een menselijk brein kan opslaan, kun je je voorstellen hoe moeilijk het zou zijn om die informatie over te brengen naar een computer. Je zou de informatie eerst moeten vertalen in een code die de computer kan lezen en gebruiken als het eenmaal is opgeslagen. Elke fout daarbij zou waarschijnlijk fataal zijn.
Een eenvoudige regel van informatie-opslag is dat je er zeker van moet zijn dat je voldoende ruimte hebt om alle informatie die je moet overbrengen op te slaan voordat je begint. Zo niet, dan zou je precies moeten weten wat de volgorde van belangrijkheid is van de informatie die je opslaat en hoe die is georganiseerd, wat bij lange na niet het geval is voor hersengegevens.
Als je niet weet hoeveel informatie je moet opslaan als je begint, kan de ruimte opraken voordat de overdracht voltooid is, wat zou kunnen betekenen dat de informatiestring corrupt is of onmogelijk door een computer kan worden gebruikt. Ook zouden alle gegevens in ten minste twee (zo niet drie) kopieën moeten worden opgeslagen, om de rampzalige gevolgen van mogelijk gegevensverlies te voorkomen.
Dit is slechts één probleem. Als u hebt opgelet toen ik de buitengewone prestatie beschreef van onderzoekers die erin zijn geslaagd de 3D-structuur van het netwerk van neuronen in een piepklein stukje muizenhersenen volledig op te slaan, dan weet u dat dit is gedaan op basis van 25.000 (uiterst dunne) plakjes weefsel.
We zouden je hele brein in schijfjes moeten snijden die een miljoen keer dunner zijn dan een dun schijfje sinaasappel.
SylviaWrigley/clickr
Dezelfde techniek zou moeten worden toegepast op je hersenen, want uit hersenscans kan slechts zeer grove informatie worden gehaald. Informatie in de hersenen is opgeslagen in elk detail van de fysieke structuur van de verbindingen tussen neuronen: hun grootte en vorm, alsook het aantal en de plaats van de verbindingen tussen hen. Maar zou u ermee instemmen dat uw hersenen op die manier worden doorgesneden?
Zelfs als u ermee zou instemmen dat wij uw hersenen in uiterst dunne plakjes snijden, is het hoogst onwaarschijnlijk dat het volledige volume van uw hersenen ooit met voldoende precisie kan worden doorgesneden en op de juiste wijze kan worden “gereassembleerd”. De hersenen van een mens hebben een volume van ongeveer 1,26 miljoen kubieke millimeter.
Als ik je nog niet heb ontmoedigd om de procedure te proberen, bedenk dan wat er gebeurt als je de tijd in aanmerking neemt.
Een kwestie van tijd
Na onze dood ondergaan onze hersenen snel grote veranderingen, zowel chemisch als structureel. Wanneer neuronen sterven verliezen zij spoedig hun vermogen om te communiceren, en hun structurele en functionele eigenschappen worden snel gewijzigd – hetgeen betekent dat zij niet langer de eigenschappen vertonen die zij vertonen wanneer wij leven. Maar nog problematischer is het feit dat onze hersenen verouderen.
Lees meer:
De dood: kan ons laatste moment euforisch zijn?
Vanaf de leeftijd van 20 jaar verliezen we 85.000 neuronen per dag. Maar maak je niet (te veel) zorgen, we verliezen vooral neuronen die hun nut niet hebben gevonden, ze zijn niet gevraagd om betrokken te raken bij enige informatieverwerking. Dit brengt een programma tot zelfvernietiging op gang (apoptose genaamd). Met andere woorden, enkele tienduizenden van onze neuronen doden zichzelf elke dag. Andere neuronen sterven af door uitputting of infectie.
Dit is echter niet zo’n groot probleem, omdat we op 20-jarige leeftijd bijna 100 miljard neuronen hebben, en met zo’n uitputtingspercentage hebben we op 80-jarige leeftijd nog maar 2-3% van onze neuronen verloren. En als we geen neurodegeneratieve ziekte oplopen, kunnen onze hersenen op die leeftijd nog steeds onze levenslange denkstijl vertegenwoordigen. Maar wat zou de juiste leeftijd zijn om te stoppen, te scannen en op te slaan?
Zou je liever een 80-jarige geest opslaan of een 20-jarige? Als je je geest te vroeg probeert op te slaan, mis je veel herinneringen en ervaringen die je later zouden hebben bepaald. Maar als je te laat probeert je geest over te zetten op een computer, loop je het risico dat je een demente geest opslaat, een geest die niet meer zo goed “werkt”.
Dus, gezien het feit dat we niet weten hoeveel opslag er nodig is, dat we niet kunnen hopen genoeg tijd en middelen te vinden om de 3D-structuur van een heel menselijk brein volledig in kaart te brengen, dat we jou in ziljoenen minuscule blokjes en schijfjes zouden moeten snijden, en dat het in wezen onmogelijk is om te beslissen wanneer we de overdracht gaan uitvoeren, hoop ik dat je er nu van overtuigd bent dat het waarschijnlijk een hele tijd niet mogelijk zal zijn, als het al ooit mogelijk zal zijn. En als dat wel zo was, zou u zich waarschijnlijk niet in die richting willen wagen. Maar voor het geval u toch in de verleiding komt, ga ik door.
Een vraag over hoe
Misschien is het grootste probleem wel dat zelfs als we het onmogelijke zouden kunnen realiseren en de vele besproken hindernissen zouden kunnen nemen, we nog steeds heel weinig weten over de onderliggende mechanismen. Stel je voor dat we erin geslaagd zijn de volledige structuur van de honderd miljard neuronen in de hersenen van Richard Dixon te reconstrueren, samen met elk van de verbindingen ertussen, en dat we in staat zijn geweest deze astronomische hoeveelheid gegevens in drievoud op te slaan en over te brengen in een computer. Zelfs indien wij op verzoek en ogenblikkelijk toegang zouden kunnen krijgen tot deze informatie, zouden wij nog met een grote onbekende worden geconfronteerd: hoe werkt het?
Na de “wat”-vraag (welke informatie is er?), en de “wanneer”-vraag (wanneer zou het juiste moment zijn om over te brengen?), is de “hoe”-vraag de moeilijkste. Laten we niet te radicaal zijn. We weten wel het een en ander. We weten dat neuronen met elkaar communiceren op basis van plaatselijke elektrische veranderingen, die zich langs hun belangrijkste uitlopers (dendrieten en axonen) verplaatsen. Deze kunnen rechtstreeks van het ene neuron op het andere overgaan of via uitwisselingsoppervlakken die synapsen worden genoemd.
Bij de synaps worden de elektrische signalen omgezet in chemische signalen, die het volgende neuron in de rij kunnen activeren of deactiveren, afhankelijk van het soort molecuul (neuromediators genoemd) dat erbij betrokken is. We begrijpen veel van de principes die ten grondslag liggen aan een dergelijke overdracht van informatie, maar we kunnen ze niet ontcijferen door naar de structuur van neuronen en hun verbindingen te kijken.
Om te weten welke soorten verbindingen tussen twee neuronen gelden, moeten wij moleculaire technieken en genetische tests toepassen. Dit betekent opnieuw fixeren en het weefsel in dunne plakjes snijden. Vaak gaat het ook om sterftechnieken, en het snijden moet daarmee verenigbaar zijn. Maar dit is niet noodzakelijk verenigbaar met het snijden dat nodig is om de 3D-structuur te reconstrueren.
Verschillende soorten synapsen in een muizen hersenplakje.
ZEISS Microscopy/Flickr, CC BY-ND
Dus nu sta je voor een keuze die nog afschrikwekkender is dan bepalen wanneer het beste moment in je leven is om het bestaan op te geven, je moet kiezen tussen structuur en functie – de driedimensionale architectuur van je hersenen versus hoe het op cellulair niveau werkt. Dat komt omdat er geen methode bekend is om beide soorten informatie tegelijk te verzamelen. En trouwens, niet dat ik een toch al ernstig drama wil opblazen, maar hoe neuronen communiceren is weer een andere laag van informatie, wat betekent dat we veel meer geheugen nodig hebben dan de onberekenbare hoeveelheid die eerder werd gedacht.
De mogelijkheid om de informatie in de hersenen te uploaden naar computers is dus uiterst ver weg en ligt misschien wel voor altijd buiten ons bereik. Misschien moet ik het hierbij laten, maar dat doe ik niet. Want er is meer te zeggen. Sta me toe jou een wedervraag te stellen, Richard: waarom zou je je hersenen in een computer willen stoppen?
Zijn onze hersenen meer dan de som van hun (biologische) delen?
Misschien heb ik je toch nog een nuttig, zij het onverwacht, antwoord te geven. Ik zal aannemen dat je je geest zou willen overbrengen naar een computer in de hoop langer dan je leven te kunnen bestaan, dat je zou willen blijven bestaan in een machine zodra je lichaam je geest niet langer kan implementeren in je levende hersenen.
Als deze hypothese juist is, moet ik echter bezwaar maken. Stel je voor dat alle onmogelijke dingen die hierboven zijn opgesomd op een dag zouden worden opgelost en je hersenen letterlijk in een computer zouden kunnen worden “gekopieerd” – waardoor een volledige simulatie van de werking van je hersenen mogelijk zou worden – dan zou Richard Dixon op het moment dat je besluit over te dragen, hebben opgehouden te bestaan. Het geestbeeld dat naar de computer wordt overgebracht zou dus niet meer leven dan de computer waarin het zich bevindt.
Dat komt omdat levende wezens zoals mensen en dieren bestaan omdat ze leven. Je denkt misschien dat ik zojuist iets volkomen onbenulligs heb gezegd, dat grenst aan domheid, maar als je erover nadenkt, zit er meer achter. Een levende geest ontvangt input van de wereld via de zintuigen. Het is verbonden met een lichaam dat voelt op basis van lichamelijke sensaties. Dit resulteert in lichamelijke verschijnselen zoals veranderingen in hartslag, ademhaling en zweten, die op hun beurt voelbaar zijn en bijdragen tot de innerlijke ervaring. Hoe zou dit werken voor een computer zonder lichaam?
Al deze input en output zal waarschijnlijk niet gemakkelijk te modelleren zijn, vooral als de gekopieerde geest geïsoleerd is en er geen systeem is om de omgeving waar te nemen en te handelen in antwoord op input. De hersenen integreren naadloos en voortdurend signalen van alle zintuigen om interne voorstellingen te produceren, doen voorspellingen over deze voorstellingen, en creëren uiteindelijk bewust bewustzijn (ons gevoel te leven en onszelf te zijn) op een manier die voor ons nog steeds een totaal mysterie is.
Zonder interactie met de wereld, hoe subtiel en onbewust ook, hoe zou de geest zelfs maar een minuut kunnen functioneren? En hoe zou het zich kunnen ontwikkelen en veranderen? Als de geest, kunstmatig of niet, geen input of output heeft, dan is hij verstoken van leven, net als een dood brein.
Ik kan niet denken en dus ben ik niet.
Phonlamai Photo/Shutterstock
Met andere woorden, na alle eerder besproken offers te hebben gebracht, zou het overbrengen van je hersenen naar een computer volledig hebben gefaald om je geest in leven te houden. Je zou kunnen antwoorden dat je dan om een upgrade zou vragen en zou vragen om je geest over te zetten in een geavanceerde robot die is uitgerust met een reeks sensoren die in staat zijn om de wereld te zien, te horen, aan te raken en zelfs te ruiken en te proeven (waarom niet?) en dat deze robot in staat zou zijn om te handelen en te bewegen, en te spreken (waarom niet?).
Maar zelfs dan is het theoretisch en praktisch onmogelijk dat de vereiste sensoren en motorsystemen gewaarwordingen zouden verschaffen en handelingen zouden voortbrengen die identiek of zelfs maar vergelijkbaar zijn met die welke door uw huidige biologische lichaam worden verschaft en voortgebracht. Ogen zijn niet alleen maar camera’s, oren zijn niet alleen maar microfoons en bij aanraking gaat het niet alleen maar om het inschatten van druk. Ogen geven bijvoorbeeld niet alleen lichtcontrasten en kleuren weer, maar de informatie die zij produceren wordt kort nadat zij de hersenen heeft bereikt gecombineerd om diepte (afstand tussen voorwerpen) te coderen – en wij weten nog niet hoe.
En dus volgt daaruit dat je overgeplaatste geest niet de mogelijkheid zou hebben om zich tot de wereld te verhouden zoals je huidige levende geest dat doet. En hoe zouden we kunstmatige sensoren kunnen verbinden met de digitale kopie van je (levende) geest? Hoe zit het met het gevaar van hacken? Of hardwarestoringen?
Dus nee, nee en nee. Ik heb geprobeerd u mijn (wetenschappelijk gefundeerde) kijk op uw vraag te geven en ook al is het een definitief nee van mij, ik hoop dat ik uw verlangen om uw hersenen ooit in een computer te laten stoppen, heb helpen verlichten.
Ik wens je een lang en gezond leven, Richard, want dat is zeker waar je geest zal bestaan en gedijen zolang het door je hersenen wordt uitgevoerd. Moge het je vreugde en dromen brengen – iets wat androïden nooit zullen hebben.
Lees meer:
AI zoals HAL 9000 kan nooit bestaan omdat echte emoties niet programmeerbaar zijn
Om alle grote antwoorden van het leven te krijgen, voeg je bij de honderdduizenden mensen die waarde hechten aan op bewijs gebaseerd nieuws door te abonneren op onze nieuwsbrief. U kunt ons uw grote vragen per e-mail sturen naar bigquestions@theconversation.com en wij zullen proberen een onderzoeker of deskundige op de zaak te krijgen.
Meer Grote Vragen des Levens:
Geluk: is tevredenheid belangrijker dan doel en doelen?
Zouden we kunnen leven in een wereld zonder regels?
De dood: kan ons laatste moment euforisch zijn?
Natuur: zijn de mensen nu verder geëvolueerd dan de natuurlijke wereld, en hebben we die nog wel nodig?
Liefde: is het slechts een vluchtige high, aangewakkerd door hersenchemicaliën?
Guillaume Thierry werkt niet voor, geeft geen advies aan, heeft geen aandelen in, en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat hebben bij dit artikel, en heeft buiten zijn academische aanstelling geen relevante affiliaties bekend gemaakt.