Ons brein is een open boek dankzij de hersenscan

Neuropsychologie Gedachtenlezen was lang sciencefiction. Maar anno 2018 kunnen hersenonderzoekers zien aan welke zinnen we denken, wat we dromen, welke tv-reclame aanslaat en of we zelfmoord overwegen.

3D-beelden van de hersenschors, kaarten van de betekenissen van woorden en concepten. Elk concept is verdeeld over meerdere plekken. Elke kleur geeft een andere categorie woorden aan. Zo is groen voor woorden die te maken hebben met zien of aanraken, en rood voor sociale concepten. De witte lijnen geven bekende her sengebieden aan. Bron: Huth et al., Nature 28 April 2016. Beeld Alexander Huth / The Regents of the University of California

Houdt mijn vrouw nog van me? Wil die klant mijn product kopen? Betaalt deze man onze lening terug? Wil die patiënt zelfmoord plegen? Weet de verdachte meer over dit misdrijf? Snapt mijn leerling de stof?

Toen een onderzoeksbureau aan 1.020 Amerikanen vroeg welke superkracht ze het liefst zouden willen, prijkte telepathie op de tweede plaats, net onder tijdreizen. Jaloerse geliefden, ouders van pubers, maar ook marketeers, bankiers, psychiaters, rechercheurs en leraren, allemaal zouden we weleens een gedachtenleesmachine willen hebben.

Lang konden we dat afdoen als een sciencefictiondroom. Met meetelektrodes of een hersenscanner kunnen we weliswaar de activiteit van het brein meten, maar onze binnenwereld is zo complex, daar valt geen samenhangende gedachte uit te halen, was het idee. Maar anno 2017 komen onderzoekers verontrustend dichtbij.

Hersenscanners worden beter, computers worden sneller, algoritmes zijn tegenwoordig zelflerend en de kennis over het brein neemt rap toe. Complete gedachtegangen? Nee, die zijn nog veilig. Maar onderzoekers kunnen wel ontwaren welke beelden of films we zien, aan welke zinnen we denken, wat we dromen, welke tv-reclame nu echt aanslaat en of we zelfmoord overwegen.

De Amerikaanse hoogleraar psychologie Marcel Just probeert al jaren om de gedachten van zijn proefpersonen te ontrafelen. En met succes. Hij kan aan de hand van fMRI-hersenscans vertellen aan welk cijfer zijn proefpersonen denken. Hij kan signaleren welke emoties ze voelen. Hij kan zelfs zien welke zinnen ze in hun hoofd hebben. Eind oktober beschreef hij in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Human Behaviour hoe hij met een hersenscanner en een zelflerend computeralgoritme kon uitmaken aan welke frases zijn proefpersonen denken.

Wel 240 zinnen kregen zijn zeven proefpersonen in de scanner te lezen, en dat vier dagen achter elkaar. Die zinnen beschreven allerlei gebeurtenissen en toestanden, zoals ‘het raam was stoffig’, ‘de boze activist vernielde de stoel’, of ‘de journalist interviewde de rechter’. Veel frases leken op elkaar. Zo waren er zinnen als ‘de schrijver dronk thee bij het avondeten’ en ‘de advocaat dronk koffie’.

Just en zijn team labelden de woorden uit de zinnen met 42 verschillende betekenisgroepen. Het woord ‘lopen’ kreeg bijvoorbeeld de labels ‘fysieke activiteit’ en ‘verandering van locatie’; het woord ‘rechter’ kreeg de labels ‘sociale normen’, ‘kennis’, ‘communicatie’ en ‘persoon’. Daarnaast kregen de woorden ook grammaticale labels.

Elk woord riep een unieke hersenactiviteit op, verspreid over verschillende gebieden in het brein. Het zelflerende algoritme leerde vervolgens welk woord, inclusief de labels, met welke hersenactiviteit samenhing. Daarna kon Just op compleet nieuwe hersenscans zien welke zin de proefpersoon daar had gelezen, en zelfs de volgorde van afzonderlijke woorden ontwaren van elke zin.

„Het mooie is: het werkt ook andersom”, zegt Just in een skypegesprek vanuit zijn werkkamer op de Carnegie Mellon Universiteit in Pittsburgh. „We kunnen een nieuwe zin maken en voorspellen welke patroon van hersenactiviteit daaruit zal komen.” Eén ontdekking was voor Just nog het meest opzienbarend. De representatie van woorden in de hersenactiviteit bleek heel vergelijkbaar tussen verschillende mensen. „Het maakt niet eens uit welke taal ze spreken!” zegt Just. „Het was bekend dat emoties een zeer vergelijkbaar patroon hebben tussen mensen onderling, maar de betekenis van woorden dus ook. Het is min of meer universeel.”

Peperkorrel

Gedachtenleesonderzoekers zoals Just maken dankbaar gebruik van de razendsnelle ontwikkelingen in technologie. Nieuwe generaties MRI-scanners kunnen scherpere beelden maken. De rekenkracht van computers neemt elk jaar toe en zelflerende algoritmes worden elke dag beter. Die zorgen bijvoorbeeld voor de gezichtsherkenning in foto-apps en voor de spraakherkenning van programma’s zoals Siri. Ook doen ze suggesties op basis van wat we eerder zochten bij webwinkels, Netflix of Google.

Al deze ontwikkelingen hebben ertoe geleid dat we tegenwoordig ‘gedachten kunnen lezen’ met MRI-scanners. „Om hersenactiviteit te kunnen analyseren, verdelen we het gescande brein in voxels: kubusjes van 50 kubieke millimeter, pakweg het formaat van een peperkorrel”, zegt Just. „Bij elkaar zijn dat 20.000 voxels, en elke seconde maken we een scan. In de eerste tien jaar van fMRI-onderzoek analyseerden mensen die één voor één. Tegenwoordig vergelijken we de hersenactiviteit in alle voxels tegelijkertijd. Dat gaat veel beter. Een gedachte is niet op één plaats in het brein. Hersenactiviteit is altijd op tien, twintig verschillende plekken tegelijkertijd, en die activiteit samen vormt een concept of een denkproces. Met behulp van machine learning kunnen we patronen herkennen in de activiteit van al deze voxels samen. Dit was een enorme stap vooruit.”

Zelfmoordgedachten

Hoe krachtig deze techniek kan zijn, liet Just in de zomer van 2017 zien. Het lukte hem om te onderscheiden wie van zijn 34 proefpersonen met zelfmoordgedachten rondliep.

Aan zijn experiment deden 17 mensen mee die suïcidaal waren, en 17 psychisch gezonde mensen. Hij liet alle deelnemers in de scanner drie sets van tien woorden zien. De eerste set bestond uit woorden die met zelfmoord samenhingen, zoals ‘dood’. De tweede set bevatte woorden die met negatieve gevoelens te maken hadden, zoals ‘wreedheid’, en de derde set die met positieve, zoals ‘zorgeloos’.

Uit de hersenscans bleek dat de opgeroepen activiteit van zes van deze woorden in vijf hersengebieden het beste onderscheid maakte tussen de suïcidale patiënten en de gezonde proefpersonen. Naast de bovengenoemde drie woorden (death, cruelty en carefree) waren dat trouble (moeilijkheid), good (goed) en praise (lof). Hun zelflerende programma trainden ze met deze variabelen om aan de hand van nieuwe hersenscans te bepalen of een deelnemer in de patiëntengroep of in de controlegroep zat. Dat lukte verbluffend goed, op slechts drie gevallen na. Het onderzoek is het eerste in zijn soort en omvatte maar een kleine groep proefpersonen, dus het zal een aantal keren moeten worden uitgevoerd met een uitgebreidere groep om stevigere conclusies te trekken en kritische collega’s te overtuigen. Just hoopt om in de toekomst met zijn techniek te kunnen voorspellen welke patiënt daadwerkelijk een zelfmoordpoging zal doen. Met deze vraag worstelen psychische hulpverleners dagelijks.

Koopknop

Voorlopig staan er dus nog geen gedachtenlezende hersenscanners in de spreekkamer van de psychiater. Maar op een ander gebied wordt deze techniek al sinds een paar jaar flink in de praktijk gebracht. Het neuromarketingbureau Neurensics gebruikt dezelfde techniek waarmee Just zinnen en zelfmoordgedachten leest, om uit te vinden welke reclamefilms, bedrijfslogo’s of verpakkingen mensen nu écht tot kopen aanzetten. Onderbewustzijnsspecialist Victor Lamme, hoogleraar Cognitieve Neurowetenschap aan de Universiteit van Amsterdam, is oprichter en wetenschappelijk directeur van Neurensics.

„Bij het gebruikelijke marketingonderzoek vullen consumenten een vragenlijst in, of vertellen ze aan een interviewer wat ze van iets vinden”, zegt Lamme. „Maar wat mensen zeggen dat ze gaan doen, vertelt vaak weinig over wat ze daadwerkelijk gaan doen.”

Hij vertelt over een Amerikaans onderzoek waarin een groep mensen uitleg kreeg over het belang van zonnebrandcrème smeren terwijl ze in een hersenscanner lagen. Na die uitleg gaven de deelnemers aan of ze dachten voortaan te smeren of niet, en kregen ze een paar zakjes zonnebrandcrème mee naar huis.

Twee weken later werden alle deelnemers onaangekondigd opgebeld om te vragen wat ze met de crème hadden gedaan. Sommigen hadden de zakjes weggegooid, anderen hadden ze juist gebruikt. De reactie van hun brein tijdens de uitleg, zoals gemeten met de hersenscans, bleek beter te voorspellen wat de mensen ermee gedaan hadden dan wat de deelnemers hadden gezegd dat ze zouden doen. „Onbewust neem je al een beslissing over allerlei zaken, pas achteraf verzin je er vaak een bewuste, rationele verklaring bij”, zegt Lamme. „Een hersenscan vertelt je het hele verhaal, ook het onbewuste deel.”

Neurensics kijkt op fMRI-hersenscans naar de reactie van groepen proefpersonen op reclamefilmpjes, logo’s of verpakkingen. Die scans vergelijken ze met hersenactiviteitprofielen voor dertien verschillende emoties – positieve, zoals begeerte, vertrouwen en aandacht, en negatieve, zoals angst en walging. Een tv-commercial die een Effie wint, een prijs voor de meest effectieve (lees: verkoopstimulerende) reclame, wekt een ander emotioneel profiel op dan een commercial die de Gouden Loekie wint voor de leukste reclamefilm, of de Loden Leeuw voor de meest irritante. Een leuke commercial scoort bijvoorbeeld hoog op aandacht en betrokkenheid, een effectieve gek genoeg juist niet – daar speelt de juiste balans tussen positieve en negatieve emoties een rol. Op basis van het profiel dat een commercial opwekt zeggen de neuromarketingonderzoekers te kunnen voorspellen of die zal aanslaan.

De geheimen van onze gedachten geven zich langzaam maar gestaag bloot. Er is wel een nadeel: een fMRI-scanner is een enorm groot, duur en niet-verrijdbaar apparaat. Er zijn ook handzamere manieren om te meten met elektrodes, maar de klantvriendelijke versies meten niet diep en specifiek genoeg. Lamme: „De onbewuste processen die het koopgedrag van mensen beïnvloeden, spelen zich juist af in dieperliggende hersengebieden.” Een mobiele fMRI-scanner staat daarom hoog op zijn verlanglijstje.

Psycholoog Just begint te glunderen als hij over zijn toekomstplannen vertelt. „Het grote doel”, zegt hij, „is om vast te leggen hoe alle menselijke kennis is georganiseerd in het brein. Zoals elke bibliotheek boeken op een bepaalde manier indexeert en opslaat, zo heeft ook ons brein zijn eigen organisatie. Die willen wij in kaart brengen.”

Deze kennis zal ons niet alleen leren wat we denken, maar ook hoe we denken; hoe we moeten onderwijzen en wat er aan de hand is bij psychiatrische stoornissen, verwacht Just. Het zal manieren opleveren om ons brein te verbeteren of misschien zelfs uit te breiden met kunstmatige vormen van intelligentie. Dat idee schrikt Just niet af. „Het lijkt me absoluut mogelijk. Honderden jaren geleden konden veel mensen niet lezen. Die nieuwe hersenfunctie is gewoon ontwikkeld in ons brein. Het is heel goed denkbaar dat we ook manieren vinden om direct via onze gedachten met computers te communiceren. Wie had tweehonderd jaar geleden gedacht dat we ruimtereizen zouden maken, of een smartphone zouden hebben? Niemand kan voorspellen tot welke magie de menselijke inventiviteit en creativiteit ons leidt.”

Praten over zelfdoding kan bij hulp- en preventielijn ‘Zelfmoord? Praat erover’. Telefoonnummer 0900-0113 of www.113Online.nl.