Tijd om het grootste mysterie te kraken

‘Volgens mij is het zonder twijfel het grootste mysterie van allemaal, het bewustzijn', zegt Christof Koch. ‘Met uitzondering misschien van de vraag waarom we hier überhaupt zijn'. Het is een mysterie dat vele wetenschappers afschrikt, maar niet deze 52-jarige Duits-Amerikaanse hoogleraar aan het California Institute of Technology. Hij vindt dat de tijd gekomen is om de koe bij de horens te vatten en het volle arsenaal van wetenschappelijke methoden los te laten op het vraagstuk van het bewustzijn.

‘Hoe komt bewustzijn te voorschijn uit de werking van de hersenen? Toen ik aan dit onderzoek begon, twintig jaar geleden, samen met Francis Crick, was het helemaal geen populair onderwerp', zegt Christof Koch. Zo'n ongrijpbaar filosofisch probleem werd gezien als een doodlopend pad voor de carrière van een exacte wetenschapper. ‘Ik kreeg het advies er niet aan te beginnen. Maar iemand als Crick (toen al beroemd als mede-ontdekker van de DNA-structuur –red.), die kon natuurlijk doen waarin hij zin had.'

Kochs strategie de voorbije twintig jaar is geweest zich niet te blijven blindstaren op de grote filosofische kwestie, maar om zwakke plekken te zoeken in het mysterie, deelvragen die misschien wél vatbaar voor een gerichte wetenschappelijke aanval zijn. Deelvragen zoals: hoe ontstaat visueel bewustzijn: wat gebeurt er in onze hersenen als we onze aandacht richten op één object in ons gezichtsveld? En als we ons hetzelfde voorwerp alleen maar inbeelden?

Koch: ‘Het belangrijke aan bewustzijnsonderzoek is wég te geraken van speculatie. Dat hebben we de afgelopen tweeduizend jaar al genoeg gehad.'

Nu probeert hij na te gaan op welke manier hersencellen (neuronen) in netwerken met elkaar verbonden zijn en welke boodschappen ze met elkaar uitwisselen. ‘Als je de hersenen wil begrijpen, moet je luisteren naar wat de neuronen elkaar vertellen. Nu horen we wel de signalen die ze uitwisselen, maar we begrijpen hun taal niet.'

De meest gebruikte onderzoekstechnieken, zoals fmri, een soort verfijnde hersenscan, zijn veel te ruw voor dit soort onderzoek, omdat ze alleen maar de gezamenlijke activiteit van miljoenen hersencellen tegelijk meten. Koch: ‘Het is zoals luisteren met een microfoon die aan een zeppelin boven een sportstadion hangt. Je hoort alleen maar de grote golven van gejuich en af en toe een schreeuw die erbovenuit komt'. Om écht te begrijpen wat er gaande is, zou je moeten horen wie er precies wat tegen wie zegt.

En wat dat betreft staat het hersenonderzoek nog niet ver, maar het begint de jongste jaren wel snel vooruit te gaan. Koch was vorige week in ons land omdat hij voorzitter wordt van de adviesraad van Nerf, een nieuw multidisciplinair hersenonderzoekscentrum in Leuven, opgericht door het micro-elektronicalab Imec, het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB) en de KU Leuven (DS 29 oktober). Een van de specialiteiten van het Nerf wordt precies de technologie die nodig is om gelijktijdig naar de aparte signalen van grote aantallen individuele neuronen te luisteren en dus de ‘gesprekken' die gaande zijn in de hersenen te ontrafelen, in plaats van alleen maar het algemene geroezemoes te horen (zie Elektronica wordt intiem met hersencellen).

Koch is ervan overtuigd dat dergelijk detailonderzoek op termijn licht zal werpen op de grote vragen over het denken en het bewustzijn. ‘Waar komen de sensaties en gevoelens die ik ervaar vandaan? Hoe kan een machine zoals de hersenen die opwekken?' En wat is het verschil met een machine zoals een computer die niets ervaart?

‘Het grote verschil tussen jouw hersenen en dit ding — hij wijst naar mijn mobiele telefoon die op tafel het gesprek ligt op te nemen — is niet dat hersenen organisch zijn en dit ding van silicium, het grootste verschil is dat de telefoon geen inwendig gezichtspunt heeft. Het is gewoon een mooie plak machinerie, zonder sensaties of gevoelens. Maar het voelt wel als iets om joú te zijn: jij kunt pijn hebben of plezier en je kunt je herinneren wie je bent.'

Het is Christof Koch er niet alleen om te doen een raadsel te doorgronden. Er zijn ook praktische redenen om het bewustzijn te willen begrijpen. ‘Hoe zit het bijvoorbeeld met comapatiënten? We willen echt weten of die bewust zijn. We hebben een methode, een instrument nodig waarmee we dat ondubbelzinnig kunnen vaststellen. En hoe staat het met een foetus? Een heel premature baby? Een hond? Een muis? Een vlieg?'

Wat dieren betreft is Koch er in elk geval van overtuigd dat ze bewustzijn hebben. ‘Een hond heeft geen zélfbewustzijn zoals wij, die zit niet te denken “ik ben een hond en hij is een mens”, hij leeft veel meer in het hier-en-nu, maar hij kan wel degelijk pijn en plezier voelen.' Reden genoeg voor Koch om vegetariër te worden: ‘Ik ben gestopt met het eten van alle zoogdieren en vogels, en ik probeer ook te stoppen met vis, alleen ben ik echt dol op tonijn.'

Wat we nodig hebben om die vragen definitief te beantwoorden is een algemene wetenschappelijke theorie van het bewustzijn, denkt Koch.

‘Wat is het op een fundamenteel niveau dat een stuk materie tot een bewust ding maakt? De fundamentele wetten van de fysica, de tabel van Mendeljev, de genoomsequenties, die zeggen allemaal niets over het bewustzijn. Hoe past bewustzijn dan in het wetenschappelijke wereldbeeld? Het traditionele antwoord, dat het een geschenk van God is, een ziel, daar hebben we wetenschappelijk niet veel aan.'

Koch vermoedt dat de sleutel tot het raadsel zal blijken te liggen in de complexe manier waarop informatie in de hersenen georganiseerd is. ‘Wat we nodig hebben is een rekenkunde die beschrijft welk soort informatie nodig is en hoe die georganiseerd moet zijn om bewustzijn te hebben.'

Betekent dit dat we ook bewuste computers kunnen bouwen als ze voldoende complex zijn en de informatie erin juist georganiseerd is? Koch: ‘Ja, als je ze goed bouwt. Tenzij bewustzijn iets magisch zou zijn, dat de wetenschap niet kan verklaren, zoals een ziel. Maar als je dat niet gelooft, als je aanneemt dat bewustzijn een eigenschap van de natuurlijke wereld is, dat het uit de natuurwetten volgt, dan móet het iets zijn dat verband houdt met de structuur van het systeem. Wat zou het anders kunnen zijn? Het kan er niet aan liggen dat de hersenen werken met bilipide membranen en calciumionen, en computers met silicium, dat is slechts een oppervlakkig verschil.'

Maar dat het bewustzijn in principe wetenschappelijk te verklaren is, garandeert niet dat het gemakkelijk zal zijn om die ‘rekenkunde van het bewustzijn' te vinden, of om ze te begrijpen als ze eenmaal gevonden is.

‘We zullen het uiteindelijk wel doorgronden, maar niet de eerste tien jaar', zegt Koch. Wanneer dan wel? Binnen vijftig jaar? Honderd? ‘Dat is heel moeilijk te voorspellen, tot we er vlakbij zijn. Francis Crick vertelde me dat men vroeger dacht dat de driedimensionale structuur van proteïnen snel opgelost zou zijn, en dat de genetica een enorm moeilijk te kraken wetenschappelijk probleem zou zijn. Wel, het is precies andersom gebleken. Je weet het gewoon niet van tevoren.'

‘En de verklaring zou zo moeilijk kunnen zijn dat mensen het gewoon niet snappen, dat is een reële mogelijkheid. Hoeveel kans heeft een hond om de relativiteitstheorie te begrijpen? Onze intuïtie heeft haar beperkingen. De meeste mensen begrijpen zelfs geen simpele lineaire algebra.'

Maar ook een gedeeltelijk begrip van de hersenen kan al waardevol zijn, volgens Koch, bijvoorbeeld om geestesziekten te genezen. ‘In de geneeskunde is het vaak zo dat we iets al kunnen genezen vóór we het helemaal begrijpen. In het begin wisten we ook niet hoe antibiotica precies werkten.'

En zullen mensen zo'n wetenschappelijke verklaring voor hun bewustzijn wel kunnen accepteren? ‘Ze zullen het vreemd vinden, maar na een tijd zullen ze er wel aan wennen. Er zullen mensen zijn die de verklaring afwijzen, maar die sceptici zullen uitsterven. Er zullen wetenschappers zijn die het nooit zullen geloven, maar hun studenten wél. Zo gaat het altijd.'

Maar in afwachting daarvan zijn er enkele concrete vragen die misschien wél op korte termijn beantwoord kunnen worden. Koch somt er enkele op: ‘Waarom kunnen we hallucinaties hebben? Is deze comapatiënt bewust? Ben je bij anesthesie écht buiten bewustzijn of ben je alleen maar verlamd en vergeet je nadien wat je hebt ervaren? Als jij en ik allebei iets roods zien, ervaren wij dan hetzelfde, of zien wij rood op een verschillende manier?'

DS, 05-11-2009