Wetenschappers hebben getest hoe onze hersenen zouden reageren op teleportatie

Teleportatie blijkt helemaal niet zo moeilijk te simuleren, neurologisch gezien. De ritmische hersenpatronen die verschijnen wanneer je je beweegt in de echte wereld, verschijnen ook wanneer je je navigeert in een virtuele wereld op een scherm. En in de echte wereld bestaat teleportatie (helaas nog) niet, maar in een virtuele omgeving is het gewoon een kwestie van klikken en droppen.

Met dank aan de neurowetenschappers van University College Davis hebben we nu een idee wat de neurologische reactie is op zulke abrupte veranderingen. In een onderzoek dat donderdag in Neuron werd gepubliceerd, beschrijven de wetenschappers hun experimenten met virtuele navigatie. Drie epilepsiepatiënten hadden al eerder elektroden in hun hersenen gekregen om de epileptische aanvallen te kunnen monitoren, en deze elektroden kwamen goed van pas voor de wetenschappers. Deze konden zij gebruiken om deep-brain activiteit over navigatie en geheugen te observeren, iets dat niet mogelijk zou zijn geweest met externe elektroden.

Ruimtelijke navigatie is een onbegrepen fenomeen in de neurowetenschap. Observaties met ratten hebben ritmische neurale patronen gevonden diep in de hippocampus – belangrijk voor navigatie en geheugenfuncties, maar hoe deze patronen gelinkt zijn aan de zintuigelijke input blijft een mysterie. Uit observaties van de activiteit in de hippocampus tijdens gesimuleerde teleportaties, blijkt dat deze neurale oscillaties misschien helemaal niks met zintuigelijke input te maken hebben – een resultaat dat compleet tegen de meeste bestaande neurologische modellen in gaat.

"In het wetenschapsveld van ruimtelijke navigatie domineert al enkele decennia het idee dat vestibulaire/proprioceptieve [zintuigelijke] input fundamenteel is," vertelt Arne Ekstrom, hoofdauteur van het huidige onderzoek. "Onze resultaten spreken deze zienswijze fundamenteel tegen en daarom moeten de bestaande modellen, waarvan tijden dachten dat ze correct worden, aangepast worden."

Navigatie-activeit bleek voort te duren, zelfs wanneer de hersenen geen 'live' informatie kreeg over hun omgeving. Dat is best wel gek. Zelfs zonder input zijn de hersenen in staat hun ruimtelijke positie te updaten, met dan aan geheugen-gerelateerde signalen. Het teleportatie-experiment bewees dat wanneer proefpersonen van de ene plek naar een andere plek in een virtueel doolhof werden geteleporteerd, met daartussen een donker scherm, zij het besef hadden of er een grote of een kleine afstand was 'afgelegd'. Met andere woorden: het ritme van de hippocampus veranderde aan de hand van de afstand.

"We waren [aan de hand van teleportatie] in staat te testen of oscillaties met een lage frequentie aanwezig was wanneer zintuigelijke feedback verwijderd was, en er geen motorische signalen waren," legt het paper uit. "Als sensorische en motorische verwerking de drijfkracht is achter de lage frequentie van oscillaties in de hippocampus, dan zouden deze op moeten houden of sterk moeten veranderen gedurende virtuele teleportatie. Als het oscillatoire signaal daarentegen belangrijk is voor geheugen-gerelateerde ruimtelijke bepaling, dan zouden laag-frequentie oscillaties doorzetten tijdens teleportatie." De laatste van deze hypotheses opties lijkt te kloppen.

Het experiment ging als volgt. De deelnemers werden allen in een virtueel doolhof geplaatst met vier uithoeken. Op iedere uithoek stond een virtuele winkel en de deelnemers werden geinstrueerd naar een specifieke winkel te gaan. Wanneer ze deze eenmaal hadden gevonden, werd hen verteld naar één van de twee teleporters in de buurt van die winkel te gaan. Deze stonden op verschillende afstanden: dichtbij en veraf. Beide teleporters brachten de deelnemer terug naar het midden van het doolhof, met daartussen een moment waarin de deelnemer een zwart beeldscherm te zien kreeg.

Ondertussen hielden de onderzoekers de hippocampale activiteit van de deelnemers bij. Ze observeerden een voortzettng van neurale navigatie-activiteit terwijl de deelnemers een leeg scherm te zien kregen tijdens hun 'teleportatie'. De neurowetenschappers deden een controle-experiment om er zeker van te zijn dat deze teleportatie-oscillaties inderdaad gerelateerd waren aan beweging. In dit experiment werden de hersenactiviteit van de deelnemers geobserveerd terwijl zij zwarte schermen te zien kregen zonder dat zij 'geteleporteerd' werden. In deze gevallen was er inderdaad geen hippocampale activiteit, zoals werd verwacht.

Nu blijven we achter met een erg interessante vraag. Wat is er precies geëncodeerd in deze oscillaties? We weten het niet. Het zal nog veel meer werk kosten om dat uit te zoeken, maar we staan in ieder geval eens te meer versteld van de onbegrijpelijke werking van de menselijke hersenen.