A scientific and technological revolution: exponentiele wetenschappelijke en technologische vooruitgang én convergentie verandert ons en de maatschappij. Wereldwijd wordt ons universum door wetenschappers zowel steeds gedetailleerder ontrafeld, alswel steeds meer voortgang gemaakt met 'connecting the world of atoms and bits'.
NBIC, of 'NewBic', staat voor het samenkomen (convergeren) van meerdere stromingen:
Ontwikkeling 1 - De informatie-technologie fuseerde aan het einde van afgelopen eeuw met de communicatie-technologie tot één geheel.
1a. Uitbreiding van ingebouwde sensoren. Bijv. In het lijf ingebouwde chips om continue alles te monitoren. Nu al is het mogelijk om onder meer hartslag en bloedsuikerspiegel te meten door middel van een in het lichaam ingebrachte chip. 1b. Verbetering van de betrouwbaarheid van ingebouwde sensoren 1c. Methoden en technieken om de sensor-data op grote afstand af te lezen 1d. Ontwikkeling van computerprogramma's die de sensor-data goed en snel kunnen interpreteren en kunnen omzetten in nuttige informatie voor de dragers van de sensoren (en hun artsen).
Ontwikkeling 2 - Halverwege de jaren negentig convergeerde de informatie-technologie ook met de biotechnologie.
Biotech houdt zich bezig met met de werking van genen en eiwitten in de mens. Door de toegenomen rekenkracht van computers is het mogelijk geworden om statistische verbanden te leggen tussen miljarden genetische gegevens en de oorzaken van menselijke eigenschappen en ziekten. Dankzij deze convergentie wordt steeds meer bekend over de biologische mechanismen van gezondheid en ziekte.
Life = a chemical phenomen = a chemical process = a set of molecules and chemical reactions = biochemistry.
Is Biochemistry universal? Or is it different per planet?
Geknutsel aan de genen. Due to molecular biology we are getting close understanding the code of life (DNA)
Ontwikkeling 3 - Neuro-wetenschap (manipuleren van neuronen om ons gedrag te verklaren aan de hand van de activiteit in onze hersenen) is als gevolg van technologische ontwikkelingen m.b.t. meettechnieken in een stroomversnelling geraakt.
All our emotions are made up out of chemical processes. Our subjective perception of the world is the result of billions of neurons giving each other tiny electric shocks. Ons eigen bewustzijn is het resultaat van miljarden neuronen die elkaar kleine stroomstoten geven.
Dankzij de ontwikkelingen op gebied van informatietechnologie krijgen hersenwetenschappers in toenemende mate: 1. de beschikking over Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI-scanners). Een fMRI-scanner registreert met behulp van radiogolven de doorbloeding van de hersenen en daarmee de activiteit in de verschillende delen. Met fMRI-scanners kunnen hersenwetenschappers voor het eerst in de geschiedenis onderzoeken wat er in het levende brein gebeurt, zonder dat brein te hoeven beschadigen. 2. de beschikking over Positron Emission Tomography (PET); een scanmethode die de straling van geinjecteerde radioactieve stoffen meet. Kan bijvoorbeeld het glucoseverbruik van de hersenen meten als indirecte indicatie van de mate van activiteit. 3. de beschikking over Electo Encephalo Graphy (EEG); meet via electroden buiten op de schedel elektrische ontladingen van grotere groepen hersencellen of gebieden binnen de hersenen. 4. de mogelijkeid om een enorme hoeveelheid aan data te genereren, op te slaan en te analyseren.
Toepassing 1: Het is al enige tijd mogelijk om bij patiënten met de ziekte van Parkinson een elektrode met stimulatiepunten diep in de hersenen in te bouwen. Die elektrode is verbonden met een onder het sleutelbeen geplaatste neurosimulator, die de patiënt zelf kan bedienen. Deze 'pacemaker van het brein' stuurt elekrische impulsen naar die hersengebieden waarvan wordt aangenomen dat ze een rol spelen bij de onwillekeurige spierbewegingen (Deep Brain Stimulation, DBS). De bijwerkingen van DBS (ongewenste gevoelens van despressie en manie, en explosief en agressief gedrag) bewijzen dat de DBS-techniek ook kan worden ingezet om gevoel en gedrag te veranderen. Toepassing 2: Electroden in het brein om de stemming te verbeteren. Het is heel aannemelijk dat in de toekomst DBS zal worden ingezet om ernstige psychische kwalen, verslavingen, eetstoornissen en agressief gedrag aan te pakken.
Next step in neuro-research: Understanding the connectome. A connectome would provide a far more detailed look at the brain’s inner workings than current techniques that measure blood flow in certain regions.
Ontwikkeling 4 - Nano-technologie, die zich bezighoudt met het manipuleren van atomen en moleculen, begint intussen steeds belangrijker te worden binnen de biotechnologie en hersenwetenschap.
Met bijvoorbeeld 'Lab-on-a-chip': de kleinst mogelijke versie van allerlei medische apparaten en de integratie daarvan met draadloze ICT. Diagnose en behandeling kunnen daarmee buiten het ziekenhuis en laboratorium gebeuren, op elke gewenste plek, door de patient zelf.
Wemelt het straks van de in elkaar geknutselde mensen? Opgebouwd uit atomen (nano), genen (bio), bits (info) en neuronen (cogno).
Het zal tot gevolg hebben dat wij voortaan het vanzelfsprekende onderscheid moeten loslaten tussen zaken als mens en machine, gevoel en verstand, schuld en onschuld.
Want stel je voor dat het ooit mogelijk wordt om met behulp van geïmplementeerde elektroden in de hersenen, aangestuurd met een uitwendige zapper, aanvallen van agressief gedrag onmiddelijk af te breken. Agressieve mannen zijn voortaan poeslief, als zijn vrouw de zapper mag bedienen. Is deze man zichzelf, of een machine. En als zijn vrouw de knop iets lang ingedrukt houdt en hij héél lief wordt, is het dan liefde? En als zijn vrouw de zapper kwijtraakt en haar man in een aanval van razernij de buurman doodslaat, wie heeft dan schuld?
"De nieuwe neurotechnologische revolutie zal het de mens mogelijk maken om zijn emotionele stabiliteit, zijn verstandelijke vermogens en zijn zintuigelijke waarnemingen te verbeteren. Dat zal leiden tot een nieuw soort mens in een veranderde samenleving. Noem het maar een neuromaatschappij". (The Neuro Revolution, Zack Lynch)
Op zoek naar meer inzicht in het oriëntatie- en (aankoop)beslissingsproces van een persoon (zie: Read Montague).
Er zijn verschillende wetenschappelijke methoden en measures om meer inzicht te krijgen in het oriëntatie- en (aankoop) beslissingsproces. Niet elke methode en measure op zichzelf is zaligmakend. Een combinatie van methodes en measures levert de het meeste inzicht op.
1. Verbal measures Veel onderzoek laat zien dat (aankoop)beslissingen die mensen nemen, slecht worden voorspeld door wat ze daarover van tevoren zeggen. Niet omdat de respondent liegt, maar omdat de respondent domweg niet bewust is van wat hij/zij echt van dat product vindt. Consumentengedrag wordt voor 95 procent gestuurd door onbewuste drijfveren en voorkeuren. Mensen zijn (verbaal) nauwelijks in staat om hun eigen (aankoop)beslissingen te voorspellen. Dat maakt enquetes onbetrouwbaar.
2. Non-verbal measures 2a. Eye-tracking: Registreren of iemand's eye focus projected is on fovea = condition for info to be processed in the brain
Met Eye-tracking is te registreren: 1. Wanneer iemand's eye focus is projected on fovea = condition for info to be processed in the brain
2b. EEG: registreren van iemand's huidtemperatuur en transpiratie Met een EEG is te registreren: 2. Wanneer iemand emotioneel wordt geraakt
2c. fMRI: registreren van iemand's bloedstroom naar actieve hersendelen Met een fMRI (een hersenscan) is te registreren: 3. Wanneer iemand positief of negatief emotioneel wordt geraakt op een product/dienst/beeld) 4. Wanneer iemand goed oplet 5. Wanneer iemand informatie in het brein opslaat.
Door van te voren in de fMRI scan plaatjes van konijntjes en afgehakte handen te laten zien wordt: 1. de locatie van positieve en negatieve emotie in iemand's brein achterhaald 2. de invloed van ingesleten gewoonten vastgesteld (zodat daarop is te corrigeren) 3. de invloed van sociale druk vastgesteld (zodat daarop is te corrigeren)
Onze hersenen nemen (aankoop) beslissingen, gebaseerd op verschillende overwegingen. Van zo'n 95% van die overwegingen zijn wij ons niet bewust. Sinds kort is het technologisch en financieel mogelijk te testen welke 'signalen' welke emoties losmaken en hoeveel hersenactiviteit een persoon vertoont in de hippocampus, het deel van ons brein dat herinneringen aanmaakt. De hippocampus slaat niet alleen herinneringen op; de volgende keer dat je met het product in aanraking komt dat de eerste keer een positieve indruk maakte op je brein, komen er hormonen los die dat prettige gevoel van toen weer opnieuw creëren.
Niet de consument zelf, maar het brein van de consument heeft de touwtjes in handen als het op kopen aankomt. Dus kan je beter m.b.t. neuro-technologie naar de 'koopknop' zoeken door het brein op te delen in voxels. Een voxel is de driedimensionale variant van een pixel. De kern is dat het brein verdeeld wordt in tienduizenden blokjes van 3 kubieke millimeter. Sinds kort is het technisch mogelijk om de activiteit in de hersenen blokje voor blokje (voxels van 3 bij 3 millimeter) door te meten als iemand naar plaatjes of filmpjes kijkt, en dat patroon vergelijken met eerdere ijkpatronen. Op deze wijze wordt per persoon gemeten welke blokjes van zijn/haar brein met bloed doorstroomd raken als deze persoon negatieve of positieve emoties voelt. Door puppy's en gezichten van mensen te tonen wordt gemeten of de persoon ergens vertrouwen in heeft. Het zien van gezichten wekt bij mensen meestal vertrouwen. Het zien van spinnen wekt bij mensen meestal wantrouwen. Daarin is van elk hersendeeltje vastgesteld of die positieve (het oplichten van de nucleus accumbens) dan wel negatieve emoties weergeeft.
De drie 'variabelen' in de hersenen: 1. De limbic brains(responsible for all of our feelings, like trust and loyalty. It's also responsible for all human behavior, all decision-making, and it has no capacity for language. This part of the brain that controls decision making, does not control languare) 2. De mediale prefrontale cortex (responsible for all of our rational and analytical thought and language; het deel van de hersenen waarmee je bewust denkt) 3. De insula (hetzelfde gebied dat op pijn reageert, reageert ook op 'pijn in de portemonnee' als besloten wordt om geld uit te geven.
Nu we in het hoofd van de consument kunnen kijken weten we dat de emotionele hersengebieden de lakens uitdelen. Het nemen van een (aankoop)beslissing is een emotioneel gebeuren, met een vleugje rationaliteit. Vijfennegentig procent van het (aankoop)beslissingsproces gebeurt op basis van onbewuste argumenten.
MAAR - Last, but not least - to understand the brain we also have to understand the world and culture in which the brain lives.
1e disruptieve ontwikkeling: In de 16e eeuw werd ons wereldbeeld omver geworpen toen Copernicus ontdekte dat de aarde niet het middelpunt van het universum was.
Copernicus changed the world by replacing the earth with the sun in the center of the solar system. And then with this simple looking act, he actually launched a scientific and technological revolution, which many call the Copernican Revolution.
Copernicus' followers quickly made the logical step to ask: A. What is life? B. If the earth is just a planet, then what about planets around other stars? C. Are we alone? What about the idea of life on other planets? D. What is the origin of life?
The new Kepler telescope is searching for planets day and night, without any interruption, for the next four years. What the Kepler telescope does is discover a lot of candidate planets. The ones which pass the test are confirmed to be planets.
This proces will learn us more about the distribution of planets in size. Many planets - with different sizes - are counted. There are small planets, there are bigger planets, there are big planets. Until 15 years ago, the total planet number in our 'known' Solar System was nine: A. Four earth-like planets with small radius, smaller than about two times the size of the earth. 1. Mercury, 2. Venus, 3. Mars, and 4. the Earth, B. Two giant planets. C. Three more planets were discovered. Now we have Pluto to join the numbers of small planets.
15 years ago, technology came to a point where we could discover a planet around another star. In the last 15 years, almost 500 planets were discovered orbiting other stars. With the technology of the last 15 years we only could see/discover the big planets. So that's why most of those planets are really in the category of "like Jupiter." We didn't have any evidence whether planets like the earth are out there. And we do care about planets like the earth because by now we understood that life as a chemical system really needs a smaller planet with water and with rocks and with a lot of complex chemistryto originate, to emerge, to survive.
And we didn't have the evidence for that, till 2009. The new telescope, Kepler, has been able to tell us since 2009 that small planets dominate the picture. The planets which are marked "like earth" definitely more than any other planets that we see.
And now - since 2009 - for the first time in history, we can say that the statistical result is that planets like our own earth are out there. Our own Milky Way Galaxy is rich in this kind of planets.
Next step: we are now able to find those planets that we would call habitable, meaning that they have similar conditions to the conditions that we experience here on earth and where a lot of complex chemistry can happen.
We can even tell that our own Milky Way Galaxy harbors 100 million planets. In the next two years (2011 and 2012), we will be able to identify at least 60 of them. We can go and study those 60 planets. We can find what they're made of, would their atmospheres have water, carbon dioxide, methane?
This step is enabling us to do one step further. And here comes biology, with its basic question "If there is life on other planets, do we expect it to be like life on earth?"
Definition of life = life on Earth, past and present, from microbes to us humans in its rich molecular diversity the way we now understand life on earth as being a set of molecules and chemical reactions.....and we call that, collectively, biochemistry, life as a chemical process, as a chemical phenomenon.
So the question is: is that chemical phenomenon universal, or is it something which depends on the planet? Is it like gravity, which is the same everywhere in the universe, or there would be all kinds of different biochemistries wherever we find them?
We need to know what we are looking for when we try to do that. And that's a very basic question which we don't know that answer to, but which we are trying to answer in the lab. In the meantime the researchers are building a knowledge bridge as well.
When we think of what is necessary for the phenomenon that we call life, we think of compartmentalization, keeping the molecules which are important for life in a membrane, isolated from the rest of the environment, but yet, in an environment in which they actually could originate together. And in one of the labs, a series of experiments in the last 4 years showed that the environments - which are very common on planets, on certain types of planets like the earth, where you have some liquid water and some clays - you actually end up with naturally available molecules which spontaneously form bubbles. But those bubbles have membranes very similar to the membrane of every cell of every living thing on earth looks like Like this. And they really help molecules, like nucleic acids, like RNA and DNA, stay inside, develop, change, divide and do some of the processes that we call life.
This is the knowledge-bridge-building-proces in which we are now (in 2010, 2011 and 2012), trying to answer that bigger question about the universality of the phenomenon.
A. On the left bank of the river, are the people who study the planets and try to define the environments.
B. On the right bank of the river are the experiments in the lab, understanding chemistry.
Left bank and right bank feed each other with new insights back and forth, and we hope to meet in the middle one day.
This understanding of chemistry actually can help us with our daily lives. The deeper, underlying point is that science is in the process of redefining life as we know it. And that is going to change our worldview in a profound way.
There is immense, powerful, potential in life in this universe, especially now that we know that places like the earth are common. If we are to be stewards of our planet earth and its biosphere, we'd better understand the cosmic significance and do something about it. We can actually do it with synthetic biology being the way to transform both our environment and our future.
2e disruptieve ontwikkeling: In de 19e eeuw zorgde Darwin voor opschudding door zijn theorie dat de mens afstamt van de aap.
3e disruptieve ontwikkeling: Komt van de vader van de psychologie, Freud, die de menselijke geest bestudeerde en het onbewuste, door hem beschreven als ‘driften’, ontdekte.
4e disruptieve ontwikkeling: In de 20e eeuw, met de ontdekking dat leven kon worden gemaakt en gemanipuleerd.
5e disruptieve ontwikkeling: Een neurologische revolutie.
Persons associated with this subject: Rinie van Est - trendcatcher van het Rathenau Instituut en docent Technology Assesment en Foresight aan de TU Eindhoven. Tsjalling Swierstra, hoogleraar Filosofie aan de Unversiteit Maastricht
Singulariy university subjects: biofeedback, mHealth, DNA, neurotech, moral robots, robocars, technological dependencies, decentralization of technologies, new educational guidelines
Posts
