Een gekweekt netwerk van neuronen (foto Hannah Pinson)
Als natuurkundige en computerwetenschapster werkte Hannah Pinson aan twee masterproeven tegelijk, maar van neurowetenschappen wist ze aanvankelijk weinig af. Ze leerde in sneltempo bij over dit onderwerp.
“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, aldus Pinson: “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.
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.
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.”
We boeken enorme vooruitgang op het gebied van artificiële intelligentie, maar we weten nauwelijks hoe de menselijke intelligentie in elkaar steekt.
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.”
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.”
Promotoren: prof. Tom Lenaerts (VUB) en prof. Vincent Ginis (VUB)
Begeleiding: prof. Max Tegmark (MIT)
Hannah Pinson won de Agoriaprijs 2018. Ook dit jaar gaat Agoria opnieuw op zoek naar de beste scripties rond technologie en innovatie. De winnaar ontvangt een prijs ter waarde van 1.500 euro. Doe mee met de Vlaamse Scriptieprijs en maak automatisch kans op de Agoriaprijs!
Dit artikel verscheen ook op de website van Eosmagazine.
Hannah Pinson werd ook genomineerd voor de Eosprijs 2018. Ook dit jaar gaat Eos op zoek naar de beste bachelor- of masterproef over exacte wetenschappen. De winnaar ontvangt 1.000 euro. Doe mee met de Vlaamse Scriptieprijs en maak automatisch kans op de Eosprijs!
Dit artikel verscheen in de Vlaamse ScriptieKrant. De Vlaamse ScriptieKrant 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 ScriptieKrant is gratis te verkrijgen in alle Vlaamse openbare bibliotheken!