Neuronen maken kabaal

Netwerk van gekweekte hersencellen

Delen:

Agoriaprijswinnares Hannah Pinson (VUB) onderzocht voor haar masterproef in de fysica hoe de neuronen in onze hersenen met elkaar communiceren. Op basis van haar resultaten schreef ze aansluitend een tweede masterproef in de computerwetenschappen, over hoe ze deze bevindingen kan toepassen in artificiële intelligentie.

Artikel uit de Vlaamse ScriptieKrant

Dit artikel verscheen ook in de Vlaamse ScriptieKrant. Dit 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 uitgave is gratis te verkrijgen in alle Vlaamse openbare bibliotheken.

Hannah Pinson: “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. 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.

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

Hannah Pinson

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.”

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.”

Met 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 en prof. Vincent Ginis; begeleiding door prof. Max Tegmark (MIT)

Lees haar volledige masterproef fysica & computerwetenschappen

Vlaamse Scriptieprijs

Studeer je dit academiejaar af? Werk je binnenkort je bachelor-of masterproef af? Laat dan het resultaat van je harde werk niet in een stoffige kast wegkwijnen, maar treed ermee naar buiten! Doe mee aan de Vlaamse Scriptieprijs en maak kans op geldprijzen tot 2.500 euro én heel wat persaandacht voor je werk.

Bij inschrijving maak je automatisch kans op de vier deelprijzen, waaronder de EOS-prijs voor exact-wetenschappelijke scripties en de Agoriaprijs voor technologie & innovatie.

Delen:

Dit is een artikel van:

Vlaamse Scriptieprijs

Robotica-expert Abeje Mersha bouwt een vloot innovatieve drones voor civiele doeleinden, die zelfs levens kunnen redden.

Een nieuw geneesmiddel op de markt brengen kan snel twintig jaar duren en de chemicus speelt daarin een cruciale rol. Artificiële intelligentie is de gedroomde assistent om dat proces te versnellen. Maar ook een AI-assistent moet eerst naar de virtuele schoolbanken om die belofte waar te maken.

Dit is een artikel van: Vlaamse PhD Cup

Diabetische wonden genezen vaak heel moeilijk, terwijl gewone wondverbanden vooral beschermen en niet actief helpen genezen. Mijn slimme wondverband ‘luistert’ naar wat er in de wond gebeurt en geeft pas een geneesmiddel vrij wanneer dat nodig is, om de genezing weer in gang te zetten.

Dit is een artikel van: Vlaamse PhD Cup

Artsen staan vaak voor moeilijke keuzes. Computermodellen die hen zouden moeten adviseren, zijn helaas ook niet altijd zeker van hun stuk. Wie beter dan een onzekere ingenieur om te helpen die zee van onzekerheid oversteken?

Dit is een artikel van: Vlaamse PhD Cup

Onze sporthorloges meten voortdurend wat er in ons lichaam gebeurt en vangen signalen op die voor ons onzichtbaar blijven. Dat ondervond journalist Tom Peeters zelf aan den lijve toen zijn Garmin merkte dat er iets mis was voordat hij er zelf erg in had.

Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie lijden wereldwijd meer dan 430 miljoen mensen aan ernstig gehoorverlies. Een hoorapparaat kan deze mensen helpen om gesprekken opnieuw te verstaan. Maar hoe werkt dat, zo’n hoorapparaat?

Een zingende merel en een voorbijrijdende brommer maken allebei geluid, maar het ene ervaren we als rustgevend en het andere als storend. Dat komt niet alleen door het aantal decibels. Een relatief stille warmtepomp kan daardoor soms meer hinder veroorzaken dan een veel luidere bron.

Wetenschappers lieten een kleine drone navigeren met amper 42 kilobyte geheugen, zo’n duizend keer minder dan een klassieke navigatiekaart.

Steeds vaker nemen AI-vertaalapps de rol van tolk over in ziekenhuizen. Maar wat gebeurt er wanneer een systeem één medisch begrip verkeerd vertaalt, en niemand die fout opmerkt?

En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.

Nieuwsbrieven