TWA Special. Technisch Wetenschappelijke Attachés Brains mean businesss

TWA Special Technisch Wetenschappelijke Attachés Brains mean businesss

Inhoud 04 | Voorwoord • 04 | Brains mean business • 04 | T WA - NWO Seminar “Brains mean business” • 05 | TWA Special Brains mean business

07 | Nederland • 06 | C olumn Let there be light: de optogenetica-revolutie in de neurowetenschappen • 07 | Hersenen & Cognitie

13 | Frankrijk • 13 | H ersenen- en cognitieonderzoek in Frankrijk • 16 | Franse bedrijvigheid hersenen en cognitie

19 | Duitsland • 19 | B undeling Duits hersenonderzoek in Bernstein netwerk • 23 | Computerarchitectuur gebaseerd op het brein

26 | Singapore • 26 | C ompacte structuur Singapore voordeel voor multicisciplinair onderzoek

29 | Japan • 29 | O pkomst van Japanse neurotechnologieën • 34 | Japanse hersenonderzoekers leren van robots • 37 | Optische topografie/NIRS

42 | China • 42 | H ersenen en Cognitie Perspectieven voor internationale samenwerking • 45 | Sino-Dutch Biomedical and Information Engineering School (BMIE)

47 | Zuid-Korea • 47 | Hersenonderzoek in Korea

50 | India • 50 | C ognitieve wetenschap neurlogisch onderzoek in India

53 | Verenigde Staten • 53 | Neurotechnologie in Noord-Amerika • 57 | B rainnet brengt neurowetenschappers samen • 59 | De retina prothese; een opzienbarend biomedische implantaat • 61 | Brain-Computer Interfaces

64 | Programma overzicht • 64 | P rovisional Programme “Brains mean Business” 17 mei 2011

Voorwoord Deze TWA Special Brains mean business richt zich exclusief op internationale technologie-ontwikkelingen rond neurodiagnostics, neuro devices en neurpharmaceuticals. Naast enkele van dit soort speciale uitgaven per jaar brengt het Agentschap NL ook de reguliere TWA Nieuwsbrief uit, die een brede keur aan technologiegebieden en toepassingen bestrijkt. Wellicht heeft u van ons al een brief gehad om u voor de digitale versie van deze nieuwsbrief te registreren.

onderzoeksterrein. Dat betekent niet dat er geen werk aan de winkel is om al deze kennis en technologieën op hersenen & cognitie gebied tot lucratieve en heilzame toepassing te brengen voor mensen en bedrijven. Nederland moet er natuurlijk als de kippen bij zijn om zo veel mogelijk kansen die er wereldwijd zijn in ondernemen en onderzoek te verzilveren en deze ook weten aan te trekken. Kortom brains mean business hier in Nederland!

Het is mij een eer om Professor Paul Tiesinga te introduceren die in deze special een korte gastcolumn geschreven heeft, naast alle artikelen over ontwikkelingen in Nederland maar vooral ook over een groot aantal R&D hotspots in de wereld. Hij schets welke veelbelovende en enorme business case er is voor valorisatie van onderzoek op het terrein van hersenen en cognitie. Nederland heeft een ijzersterk potentieel op dit

Ik wens u veel inspiratie toe om tot actie over te gaan en zo verdere topinnovaties in uw onderneming, uw onderzoek te realiseren en deze te kunnen verzilveren, waar ook ter wereld! Servaas Duterloo Unit Manager Netwerk Technisch-wetenschappelijke Attachés

TWA Thuisbasis

TWA - NWO Seminar “Brains mean business” In samenwerking met het Nationaal Initiatief Hersenen en Cognitie van NWO en partijen binnen consortia als het BrainGain Consortium en het ICT Innovatieplatform Brain & Cognition organiseert het TWA Netwerk een seminar met internationale sprekers. Het seminar zal op 17 mei aanstaande in het Holiday Inn hotel in Leiden plaats vinden. Enkele toponderzoekers uit het buitenland zullen naast Nederlandse sprekers ingaan op hun onderzoek en gelegenheid hebben om te bezien welke vormen van vervolgsamenwer-

king mogelijk zijn. Deel nemende toponderzoekers uit het buitenland zijn onder meer Henry Markram van de Ecole Polytechnique te Lausanne en penvoerder van het consortium van het Europese Future Emerging Technologies Human Brain project, Guan Cuntai uit Singapore, Tianzi Jiang van de Chinese Academie van Wetenschappen. Ook enkele Amerikaanse experts worden verwacht. Verder zijn onder meer de Nederlandse sprekers: Bart Ter Haar Romeny van de TU Eindhoven, Paul Tiesinga van de Radboud Universiteit Nijmegen, Reinder Haakma van Philips

Research en Pieter Roelfsema van het Netherlands Institute voor Neuroscience. De dag staat onder voorzitterschap van Peter Desain en is alleen toegankelijk op uitnodiging.

Meer informatie Ed van Zwieten Implementatie Coördinator Nationaal Initiatief Hersenen & Cognitie NWO,

[email protected] Servaas Duterloo

[email protected]

TWA Thuisbasis

4 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

Bron: A*STAR Biomedical Imaging Lab - hersenatlas

TWA Special Brains mean business De afgelopen maanden hebben de innovatie trendwatchers van het TWA Netwerk in kaart gebracht hoe het staat met de R&D, de stand van de techniek, het landsbeleid en de strategische spelers rond hersenen en cognitie. Daarbij wordt toch wel heel duidelijk dat er een enorme markt zich aan het ontwikkelen is voor toepassing van technologieën rond hersenen en cognitie. De ambitie van deze publicatie is om u een snel overzicht te geven van belangrijke - maar zeker niet de enige R&D ontwikkelingen op het terrein van hersenen en cognitie R&D in de belangrijkste R&D grootmachten in de wereld. Hopelijk leest u één en ander op het puntje van uw stoel en ziet u aanleiding om eens contact te leggen met één van de TWAs in de wereld om te bezien met welke excellente partijen in het buiten u zou willen samenwerken rond het onderwerp van

hersenen en cognitie. Hoe dan ook zullen technologische ontwikkelingen op drie onderscheiden terreinen neurodiagnostics, neurodevices en neurpharmaceuticals zich ook in toenemende mate vervlechten. Door steeds betere neurodiagnostics en neuroimaging wordt het mogelijk allerlei medicamenten aan het werk te zien in de hersenen. Door dergelijke technieken de werking van die medicamenten effectiever te sturen. Vanuit de neurodiagnostics zijn er verbindingen te maken naar allerlei interessante ICT toepassingen, zogenaamde neurodevices. Met de enorme vraag naar beter inzicht in het functioneren van het menselijk brein zijn er allerlei nieuwe toepassingen mogelijk.

factor in ons economisch handelen: emotie. Een beter inzicht in het menselijk brein en menselijk gedrag zou het economisch handelen van mensen kunnen verbeteren en daarmee de sturing van samenleving of een onderneming. Nooit meer een bankencrisis? Ook neuromarketing is een zich snel ontwikkelende discipline die zelfs de vrije wil van de consument of ondernemer in een ander licht plaatst. Goed om dan ook een overzicht te hebben over de ontwikkelingen in de R&D in de vooraanstaande technologie hotspots in de wereld rond neurodiagnostics, neurodevices en neurpharmaceuticals. [email protected]

TWA Thuisbasis Op 12 maart jl. verscheen er in het Financieel Dagblad een artikel over de onderschatte 5 | Brains mean business

Column Let there be light: de optogenetica-revolutie in de neurowetenschappen Eén van de grootste uitdagingen in de hedendaagse wetenschap is te begrijpen hoe hersennetwerken functioneren. Het Donders Instituut in Nijmegen gaat deze uitdaging aan op het laagste niveau, via meting van de elektrische signalen van enkele hersencellen, en op het hoogste niveau, via het meten van de hersennetwerken, bestaande uit de coherente activiteit van honderden miljoenen neuronen, voornamelijk tijdens gedragstaken. Het verband tussen het gedrag op deze twee schalen is bijzonder moeilijk te kwantificeren en vormt één van de onderzoeksgebieden binnen de Neuroinformatica. Een revolutie op het gebied van de toepassing van genetische technieken binnen de neurowetenschappen maakt het mogelijk om op korte termijn grote vooruitgang te boeken, die niet alleen relevant is vanuit een basaal wetenschappelijk oogpunt, maar ook leidt tot nieuwe producten en diensten binnen het bedrijfsleven.

Paul Tiesinga Director Donders Centre for Neuroscience

Hersencellen, de neuronen, produceren kortstondige elektrische pulsen, actiepotentialen genaamd, die naar andere cellen worden overgebracht en deze ontvangende cellen activeren of remmen, afhankelijk van het type van de zendende cel. De verzameling van verschillende celtypen en hoe deze met elkaar verbonden zijn, bepaalt hoe de hersenen een bepaalde functie kunnen uitvoeren. Een nieuwe techniek waarbij virussen net als actiepotentialen kunnen oversteken naar andere cellen maar dan in de andere richting, maakt het mogelijk om alle neuronen te identificeren die invoer verschaffen aan een bepaald neuron en daarmee voor het eerst de fijn-structuur van het netwerk te bepalen. Een andere techniek, optogenetica, maakt het mogelijk om lichtgevoelige ionkanalen in specifieke celtypen in te brengen en deze cellen via lichtpulsen te activeren. Wetenschappers zijn hier zeer enthousiast over, omdat deze methode kan worden gebruikt om expliciete hypotheses te testen over de rol van bepaalde netwerkelementen in cognitieve processen. Wanneer wetenschappers de neurale netwerken in de gezonde mens begrijpen, kunnen zij de verschillen die worden veroorzaakt door psychiatrische aandoeningen, identificeren en kwantificeren. Er kunnen zich een aantal verschillen voordoen: (1) cellen kunnen verdwenen zijn, (2) cellen kunnen niet voldoende actief of juist overactief zijn, of (3) bepaalde verbindingen tussen cellen kunnen te zwak of juist te sterk zijn. Optogenetische therapie zou probleem (2) kunnen oplossen door lichtgevoelige kanalen in te brengen in de groep cellen met te weinig activiteit. Probleem (3) zou kunnen worden opgelost door met licht activiteitspatronen op te leggen aan de cellen in het netwerk, die dan selectief verbindingen versterken of verzwakken volgens het principe van ‘spike-timing dependent plasticity’. Volgens dit principe wordt een verbinding alleen versterkt als de ontvangende cel kort na de zendende cel vuurt. Voor (1) zou in dat geval stemceltherapie kunnen baten, zolang de noodzakelijke verbindingen optogenetisch gelegd worden, gebruikmakend van dit plasticiteitsprincipe. De kosten van psychiatrische aandoeningen zijn astronomisch. Volgens een RIVM rapport van 2005 betreft dit 21 procent van de zorgkosten en dit zal in de ontwikkelde wereld door vergrijzing verder toenemen. De nieuwe genetische technieken kunnen de basis vormen voor effectieve therapieën, zolang we maar begrijpen hoe gezonde netwerken functioneren. Het is daarom nu zaak binnen Nederland te investeren in basaal onderzoek in deze richting om genoeg mensen te trainen en intellectual property te genereren om de concurrentie aan te gaan met de wetenschappelijke grootmachten. Verder moet snelle valorisatie worden gestimuleerd door onderzoekscentra te integreren met incubatorsites en directe contacten met het geïnteresseerde bedrijfsleven aan te houden.

Meer informatie FNWI Radboud University Nijmegen : www.ru.nl/fnwi/

Nederland

Nederland | Hersenen & Cognitie

Nederland Hersenen & Cognitie Huib van der Kroon, Ed van Zwieten, Manoe Metsers Samenvatting Het wetenschapsgebied Hersenen en Cognitie (H&C) kan een bijdrage leveren aan het oplossen van maatschappelijke problemen en creëert kansen voor bedrijven, bijvoorbeeld in de life sciences, de agro-food en de hightech sector. Mogelijke toepassingsgebieden vinden we in de gezondheidszorg, het onderwijs en op het thema veiligheid.

Door de snelle technologische ontwikkeling van de afgelopen decennia zijn we voor het eerst in de geschiedenis in staat letterlijk te kijken wat er zich in de hersenen afspeelt. Hierdoor is ons begrip van de relatie tussen hersenen en gedrag sterk toegenomen. Gevoelige medische scanners en supersnelle informatieverwerking laten zien dat ons gedrag en functioneren in belangrijke mate wordt bepaald door de biologische opmaak van onze hersenen. Maar wat kan de samenleving verwachten van al deze nieuwe inzichten? Kennisontwikkeling staat namelijk vaak aan de basis van allerlei maatschappelijke ontwikkelingen en innovaties. Het wordt ook steeds belangrijker gevonden dat fundamentele wetenschap goed aansluit bij het valorisatiepotentieel van de economie zodat kennis daadwerkelijk wordt doorontwikkeld tot nieuwe producten en diensten. Om deze redenen is het interessant de gehele kennisketen voor H&C te schetsen en te kijken naar de manier waarop bedrijven en kennisinstellingen in de topsectoren life sciences, hightech systemen en agro-food samenwerken in technologische topinstituten. Hier wordt een brug geslagen tussen fundamentele wetenschap en praktijktoepassingen. Het wetenschapsgebied H&C biedt concrete mogelijkheden om urgente maatschappelijke problemen aan te pakken, bijvoorbeeld in de gezondheidszorg. Naar schatting kan een derde van alle directe kosten worden toegeschreven aan hersengerelateerde ziekten (1). Voor veel aandoeningen ontstaan via H&C-onderzoek aanknopingspunten voor effectievere behandelmethoden. Ook op het gebied van onderwijs en veiligheid wordt van H&C-onderzoek een grote impact verwacht.

Deze maatschappelijke uitdagingen – waar H&C kennisontwikkeling zich onder andere op richt – bieden kansen voor bedrijven, bijvoorbeeld in de life sciences, de agro-food en de hightech sector. De life sciences wereldmarkt die zich richt op hersenaandoeningen bedroeg in 2008 bijvoorbeeld bijna 150 miljard dollar (2). Voor de topsector agro-food zijn er mogelijkheden om voedingsmiddelen te ontwikkelen die mensen helpen gezond te blijven. Voorbeelden zijn producten die sneller een verzadigd gevoel opleveren – en daarmee overgewicht tegengaan – en producten die het functioneren van de hersenen bevorderen. Omdat de marges op voedingsmiddelen met een gezondheidsclaim hoger zijn dan op ‘gewone’ voedingsmiddelen biedt dit volop kansen voor de voedingsmiddelenindustrie (3). In de hightech industrie kan het wetenschapsgebied H&C een bijdrage leveren aan een nieuwe generatie sensoren, robotica en software geïnspireerd op het menselijk neurologisch systeem. Een combinatie van gedragsmonitoring en andere fysiologische signalen met moderne coachingstechnieken kan via mobiele apparaten en internet mensen helpen een gezonde levensstijl aan te meten (4).

Hersen- en Cognitiewetenschappen in beeld Het H&C onderzoeksveld is een optelsom van inzichten uit veel wetenschappelijke disciplines. Deze disciplines benaderen het onderzoeksveld elk op een eigen manier: van moleculair niveau, via grootschalige anatomische netwerken tot wat zich uiteindelijk toont in menselijk gedrag. Het woord ‘integratie’ staat centraal binnen het onderzoeks-

7 | Brains mean business


Hersenen en cognitie in nederland 2011: ontdekken en toepassen Leon Kenemans, wetenschappelijk directeur NIHC

Wat zijn de uitdagingen in het H&C veld op dit ogenblik? Onderzoek naar hersenen en gedrag staat volop in de belangstelling, en niet voor niets. De tijd is rijp voor een doorbraak in het begrijpen en benutten van de mogelijkheden van het menselijke brein. Het doorgronden van de werking van een enkele zenuwcel, maar ook de manier waarop miljoenen cellen in het brein samenwerken, kan nu definitief in een stroomversnelling komen.

Wat zijn mogelijke toepassingen in de nabije toekomst? Uiteenlopende toepassingen liggen in het verschiet. Denk aan de ontwikkeling van nieuwe middelen waarmee mensen hun eigen gedrag kunnen reguleren; methoden om optimaal informatie te kunnen opnemen, of vaardigheden aan te leren; maar ook het communiceren met comapatiënten middels hersenscans of het beïnvloeden van hersenfuncties en gedrag met magnetische stimulatie.

Hoe is bovenstaande het beste te bereiken? Het Nationaal Initiatief Hersenen en Cognitie (NIHC) is van de grond gekomen om deze beloften in te lossen. Het afgelopen jaar zijn tientallen Aio’s en postdocs vol enthousiasme aan door ons

domein: verbeterde inzichten komen vooral tot stand wanneer er interdisciplinaire samenwerking tot stand komt. De veelzijdigheid van het vakgebied betekent dat H&C-kennis een groot uitstralingseffect heeft naar andere wetenschapsdomeinen. Op dit moment dringen toepassingsmogelijkheden in drie sectoren zich op: de gezondheidszorg, het onderwijs en het thema veiligheid. Maatschappelijke relevantie van H&C onderzoek Een van de belangrijkste maatschappelijke uitdagingen voor het H&C-veld is het aanpakken van de maatschappelijke en

gefinancierde onderzoeksprojecten begonnen, allen met het doel verrassende wetenschappelijke inzichten te genereren die ongetwijfeld hun weg vinden naar nieuwe maatschappelijke toepassingen. Tevens zijn in de zogenaamde Quick Result projecten op kortere termijn toepassingen te verwachten.

Wat is er voor Nederland belangrijk? Samenspraak op nationaal niveau is van uiterst belang, zeker voor de geavanceerde, kostbare technologie om het werkende menselijke brein in beeld te brengen. Het NIHC heeft zich om die reden ingespannen om landelijke experts op dit terrein te bundelen: het 3N-initiatief. We trekken nu samen op om nationale en internationale financiers tot investeringen te verleiden.

Welke rol is er voor ondernemers ? Het komende jaar initiëren we nieuw fundamenteel onderzoek. Verdere samenwerking met het bedrijfsleven en Europese initiatieven zijn in ontwikkeling. ICT wordt nog nadrukkelijker omarmd. Het kan niet anders of 2011 wordt een jaar vol creatieve brainwaves bij ontdekkers en toepassers, die nadrukkelijk op dezelfde golflengte zitten!

economische last van hersengerelateerde neurologische, neurochirurgische, psychiatrische en vasculaire aandoeningen. In 2004 is er grootschalig epidemiologisch en economisch onderzoek gedaan naar de medische kosten van de twaalf meest voorkomende en kostbare hersengerelateerde aandoeningen in de EU, Noorwegen, IJsland en Zwitserland. In Nederland bleken bijna zes miljoen mensen belast te zijn met een of meer van deze aandoeningen; zo’n 36 procent van de bevolking. De medische kosten hiervan bedragen bijna achttien miljard euro, ongeveer een derde van de totale gezond8 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

heidszorgkosten (1). Bij een vergrijzende en langer levende bevolking kan de vraag naar preventie en behandeling verder toenemen. Het probleem strekt daarnaast verder dan Nederland: wereldwijd hebben naar schatting twee miljard mensen last van hersengerelateerde aandoeningen. Het is met een geschatte omvang van 2 biljoen dollar de grootste categorie gezondheidsklachten binnen de gezondheidszorg (5). Binnen H&C wordt gewerkt aan een nieuwe generatie diagnostische apparatuur, medicijnen tegen zogeheten brain diseases en neurologische implantaten die helpen deze aandoeningen te bestrijden. Een voorbeeld van een recent ontwikkelde toepassing is de behandeling van depressie met magneettherapie. Uit onderzoek blijkt dat dit de abnormale hersenactiviteit vermindert, waardoor depressieve lachten afnemen. Ook met betrekking tot het onderwijs kan H&C een belangrijk verschil maken. De wetenschap geeft een steeds beter en nauwkeuriger beeld van de manier waarop mensen gedurende hun gehele leven cognitieve vaardigheden ontwikkelen en wat hiervoor de optimale omstandigheden, mogelijkheden en beperkingen zijn. Het wordt voor wetenschappers steeds duidelijker welke rol de biologische opmaak van onze hersenen in dit proces speelt. Zo is bekend geworden dat het lichtsysteem binnen een school de prestaties en motivatie van kinderen beïnvloedt en dat de hersenen van puberende kinderen pas later in de ochtend ‘op gang komen’ (6). Dergelijke inzichten in het functioneren van de hersenen in relatie tot hoe we leren zijn van groot belang in een maatschappij die het steeds meer van kennis moeten hebben. H&C zal ook in de toekomst inzichten bieden die bijdragen aan de manier waarop we het onderwijssysteem inrichten en daarmee oplossingsrichtingen aandragen voor veel huidige onderwijsproblemen, zoals schooluitval en leerachterstanden. H&C-onderzoek speelt ook een rol bij veiligheid. Een aspect daarvan is de bestrijding van agressief en antisociaal gedrag. Terwijl de omvang van dit probleem toeneemt, hapert ons vermogen


Prevalentie

Kosten (in mld.)

Migraine*

2.439.541

2,11

Angststoornissen*

1.829.656

2,10

Stemmingsstoornissen*

715.038

4,26

Verslaving

473.187

3,80

Dementie

207.701

3,10

Epilepsie

96.894

0,68

Beroerte

30.789

0,74

Ziekte van Parkinson

28.725

0,29

Trauma*

24.711

0,11

Psychotische aandoeningen

21.031

0,15

Multiple sclerose

12.919

0,38

Hersentumoren

5.011

0,20

5.885.203

17,92

Totaal * Directe niet-medische kosten zijn niet meegenomen

Tabel 1 Prevalentie en kosten van hersengerelateerde aandoeningen in Nederland, in 2004. Bron: NeuroFederatie (2005)

Unique selling point (USP)

Omschrijving

Publicaties in de topjournals Nature en Science

55 publicaties in periode 2002-2007

Spinozaprijzen toegekend aan H&C onderzoekers

7 in periode 2001-2010

Unieke kennisinfrastructuur

Diverse databases voor longitudinaal onderzoek zoals de Maastricht aging Study – Rotterdam ERGO population study – Nederlands Tweelingenregister – Nederlands Slaapregister

Uitzonderlijke facilitaire structuur op het gebied van Neuroimaging samenwerkend in het 3N Netwerk

Op een geografisch geconcentreerd gebied als Nederland zijn 28 scanners beschikbaar en 26 in de planning

Tabel 2 Bijzondere karakteristieken van het Nederlandse H&C onderzoek


het effectief aan te pakken. H&C biedt nieuwe mogelijkheden. Zo zijn er slimme camera’s ontwikkeld die met behulp van speciale software beginnend anti-sociaal gedrag detecteren en registreren. Tevens zijn er gefundeerde aanwijzingen dat gedragscoaching bij risicogezinnen met kinderen van nul tot vier jaar anti-sociaal gedrag op latere leeftijd kan voorkomen. H&C binnen de Nederlandse wetenschap Binnen de Nederlandse wetenschap is veel aandacht voor H&C. Bijna alle universiteiten voeren relevant onderzoek uit op dit gebied. Dit onderzoek bestrijkt de gehele breedte van het onderzoeksveld, van moleculair-neurfysiologisch onderzoek via gedragswetenschappen tot technische onderwerpen zoals mens-machine interactie en brein-computer interfacing (BMI). Bijna alle universiteiten hebben onderzoeksmasters die zich richten op Hersenen & Cognitie, wat belangrijk is voor de aanwas van nieuwe promovendi. Het aandeel H&C-onderzoekers binnen de op excellentie gerichte Vici-subsidies bedraagt 22%. Bovendien heeft een relatief groot aantal H&C-onderzoekers de Spinoza-prijs toegekend gekregen (zie tabel 2). Niet alleen nationaal maar ook internationaal neemt Nederlands H&C-onderzoek een bijzondere positie in. In veel relevante onderzoeksgebieden behoren Nederlandse onderzoekers tot de wereldtop, wat bijvoorbeeld blijkt uit citatie-indices en aantallen publicaties in wetenschappelijke tijdschriften als Nature en Science. Deze positie wordt onder meer mogelijk gemaakt door de uitzonderlijke facilitaire structuur op het gebied van neuro-imaging: in een betrekkelijk klein geografisch gebied is een hoge concentratie van MRI-, PET- en MEG-scanners te vinden. Daarnaast beschikt Nederland over unieke databases voor longitudinaal onderzoek naar hersengerelateerde aandoeningen, zoals de Maastricht aging Study, de Rotterdam ERGO population study, het Nederlands Tweelingenregister en het Nederlands Slaapregister. Integratie van het onderzoeksveld Onderzoek naar de hersenen in relatie tot gedrag kenmerkt zich door complexe relaties. Het is noodzakelijk meerdere


H&C toegepast in de life sciences Aan de basis van de ‘hersenrevolutie’ staan sterk toegenomen mogelijkheden van diagnostische apparatuur. Philips speelt in deze markt een belangrijke rol en leverde eind 2007 geavanceerde scanners aan de UMC’s van Utrecht en Leiden voor baanbrekend hersenonderzoek naar ziekten als Alzheimer, Parkinson, epilepsie en multiple sclerose. Deze scanners zijn specifiek ontworpen voor klinisch onderzoek en stellen onderzoekers onder andere in staat om de werking van medicijnen nauwkeurig te meten. Daardoor kan de ontwikkeling van nieuwe medicatie op een hoger peil worden gebracht. Daarnaast is de scanner er niet alleen voor artsen en medici, maar ook voor bijvoorbeeld psychologen en spraakwetenschappers die willen weten hoe en waar de hersenen informatie verwerken. Op het gebied van ziekenhuistoepassingen ontving Philips begin 2011 een CE-markering voor de eerste nieuwe beeldvormingsmodaliteit in tien jaar. Het betreft een gecombineerd PET/MR beeldvormend systeem. Het grote voordeel van de gecombineerde PET/MR scanner is dat het de mogelijkheden van PET om moleculen in beeld te brengen combineert met de superieure contrastweergave bij zachte weefsels van MR. Voor hersengerelateerde aandoeningen als Alzheimer en Parkinson biedt het nieuwe systeem perspectief op verbeterde diagnose en nauwkeurigere behandeling. Foto: Medical Scanner (Bron: Philips)

invalshoeken te hanteren om tot wetenschappelijke doorbraken te komen. Integratie is daarbij het sleutelwoord, wat betekent dat onderzoek sterk gebaat is bij een constante uitwisseling van informatie tussen disciplines. Om deze interactie te faciliteren is in 2009 het Nationaal Initiatief Hersenen en Cognitie (NIHC) opgericht. Het NIHC heeft als doel hersenen cognitiewetenschappen als geïntegreerd vakgebied wortel te laten schieten. Waar onderzoeksgebieden voorheen vanuit eigen optiek bezig waren, worden ze nu bijeen gebracht onder een gedeelde noemer. Inmiddels zijn er meer dan twintig grote onderzoeksclusters verbonden aan het NIHC, met meer dan tweehonderd onderzoekers. Bij het NIHC zijn meerdere onderzoeksprogramma’s ondergebracht zoals bijvoorbeeld de Programma’s “Hersenen en Cognitie, maatschappelijke innovatie”, “Hersenen en Cognitie een geïntegreerde benadering”, het smartmix programma BrainGain en een Europees onderzoek genaamd EUROSTRESS (7). Samen omvatten deze meerjarige programma’s een waarde van ongeveer 63 miljoen euro. In combinatie met andere meerjarige onderzoeksprogramma’s van NWO, STW en ZonMW die zich op Hersenen en Cognitie richten omvat het H&C-gerelateerde onderzoek bijna 300 miljoen euro.

Kansen voor bedrijven via samenwerking met kennisinstellingen Om het maatschappelijk en economisch potentieel van H&C te realiseren is het noodzakelijk dat voldoende bedrijven aanhaken op het vakgebied en kennis doorontwikkelen tot concrete producten en diensten. Nu er steeds meer perspectief komt op markttoepassingen, zien we dat dit daadwerkelijk gebeurt. Steeds meer bedrijven zien kansen. De markt voor medische producten is het meest zichtbaar en het verst ontwikkeld. In andere sectoren is het moeilijker marktkansen uit te drukken in concrete cijfers, maar het is duidelijk dat er ook buiten de life sciencemogelijkheden voor bedrijven bestaan. Toepassingen in agro-food en hightech liggen daarbij het meest voor de hand. Bij elk van deze drie topsectoren is het met 10 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

name interessant om te zien hoe het bedrijfsleven aansluiting vindt bij – en gebruik maakt van – de excellente positie van de Nederlandse wetenschap op het gebied van Hersenen en Cognitie. Dit gebeurt bijvoorbeeld via technologische topinstituten. Life sciences De maatschappelijke kosten van hersenaandoeningen omvatten meer dan alleen directe behandelkosten. Ze beslaan ook indirecte kosten zoals verminderde arbeidsparticipatie. Naast het maatschappelijk belang van kwaliteit van leven voor patiënten en hun families, biedt de neurotechnologische markt kansen voor bedrijven in de life sciences sector. De investeringstrajecten en R&D-uitdagingen verschillen sterk van die in de rest van de life sciences sector. Zo zijn er andere methoden en technieken nodig om medicijnen aan de hersenen af te leveren – vanwege de natuurlijke barrière tussen bloedbaan en hersenen – dan aan andere organen zoals bijvoorbeeld het hart of de nieren. Een Nederlands bedrijf met een specialisatie op dit gebied is to-BBB. De omvang en snelle groei van de neurotechnologische markt maakt het interessant voor bedrijven uit de life sciences sector hierin te investeren. De grootste uitdaging is het doorontwikkelen van wetenschappelijke kennis in commerciële producten en diensten. Gezien de uitstekende kennisbasis van Nederland is het met name kansrijk hierin samen te werken met Nederlandse kennisinstellingen. Die mogelijkheid wordt geboden binnen drie technologische top-instituten in de topsector life sciences. Deze volgen dezelfde lijn waarin ook de neurotechnologische markt in is onderverdeeld, namelijk medicijnen (TI Pharma), diagnostiek (CTMM) en devices (BMM) (8). Hoewel breder georiënteerd bieden de topinstituten CTMM, BMM en TI Pharma voldoende mogelijkheden voor bedrijven om in samenspel met kennisinstellingen in te spelen op de kansen in de neurotechnologie. Momenteel lopen er bij deze TTI’s acht projecten die zich richten op hersengerelateerde aandoeningen. Binnen deze projecten wordt bijvoorbeeld


H&C toegepast in de voedingsmiddelenindustrie Alzheimer is een hersengerelateerde aandoening vernoemd naar Dr. Alois Alzheimer. De ziekte tast het geheugen en denkvermogen van mensen aan en is nog niet te genezen. De vroege fase van de ziekte wordt gekenmerkt door een massale uitval van hersenverbindingen die nodig zijn voor informatieverwerking. Na meer dan tien jaar onderzoek door toonaangevende kennisinstellingen, waaronder MIT en het Alzheimer Centrum van het VUmc in Amsterdam en het Nederlandse Nutricia Advanced Medical Solutions werden in 2008 op het internationale Alzheimer congres de eerste resultaten van een klinische proef gepresenteerd van Souvenaid®. De uitkomsten toonden aan dat het geheugen van patienten die dagelijks Souvenaid® gebruikten verbeterde. Het drankje Souvenaid® is een cocktail van drie nutrienten – uridine, choline en omega3 vetzuren. Deze ingrediënten spelen allemaal een belangrijke rol bij de vorming van synapsen. Na de eerste succesvolle klinische proef zijn er meer proeven aangekondigd, waarvan de resultaten tussen 2011 en 2013 bekend worden. Tegelijkertijd start Nutricia AMS een kleinschalig Early Experience Program met Alzheimerpatiënten. Als de nutrienten succesvol blijken te zijn voor Alzheimer-patiënten, biedt dit mogelijkheden voor andere ziekten waar sprake is van een tekort aan synapsen, zoals Parkinson, denken de makers.

gekeken naar effectievere methodes om medicijnen direct aan het brein af te leveren. Daarnaast zijn er projecten die zich specifiek richten op zaken als psychoses, Parkinson, Alzheimer en pijnbeleving. Om het belang van de neurotechnologie als deelgebied voor de life sciences te onderstrepen werd in juni 2010 een workshop ‘Brain Diseases In the Picture’ gegeven. Voedingsmiddelentechnologie Een gezond leven begint bij gezonde voeding. Precies om deze reden is H&C relevant voor voedingsmiddelenproducenten. De mogelijkheid om via gezond voedsel bij te dragen aan de algehele gezondheid brengt grote kansen met zich mee. Uit onderzoek blijkt namelijk dat bijna vier op de vijf Nederlanders bereid is meer te betalen voor producten met een gezondheidsclaim. Een goed voorbeeld buiten het vakgebied van H&C zijn weerstandsverhogende drankjes. FrieslandCampina geeft aan op deze drankjes een marge van dertig tot veertig procent te behalen; aanmerkelijk hoger dan op gewone zuivelproducten (2). Binnen het H&C vakgebied zijn er voedingsmiddelen denkbaar die het (verstoord) functioneren van de hersenen verbeteren. Daarnaast is er veel winst te behalen bij het ontrafelen van onze smaakbeleving. Deze komt tot stand door een combinatie van zintuiglijke en cognitieve processen. Omdat onze smaakbeleving ons niet altijd naar de beste keuzes op voedingsgebied leidt, ligt er een uitdaging producten te ontwikkelen die gezond zijn én lekker. H&C-onderzoek helpt dit mogelijk te maken. Binnen het technologisch topinstituut Food & Nutrition (TIFN) werken bedrijven en kennisinstellingen samen aan marktgerichte innovaties voor de voedingsmiddelenindustrie. Het instituut voert onderzoek uit dat binnen de voedingsmiddelenwereld zeer hoog staat aangeschreven. TIFN heeft haar onderzoek langs drie actielijnen verdeeld. Vooral sensory & structure is sterk H&C-gerelateerd. Het hoofddoel van deze actielijn is het doorgronden van de smaakbeleving, wat voedingsmiddelentechnologen in staat stelt nieuwe produc11 | Brains mean business

ten te ontwikkelen. Dit is noodzakelijk om goed smakende producten te ontwikkelen die aan steeds strengere en complexe eisen moeten voldoen zoals een laag vetgehalte, minder koolhydraten en minder zout. Bij TIFN zijn een aantal van ’s werelds grootste voedingsmiddelenbedrijven aangesloten zoals Nestlé, Unilever, Kellogg’s, Danone en FrieslandCampina. Hightech sector De prestaties van de hersenen zijn op veel gebieden nog altijd ongeëvenaard. Ze vormen een grote inspiratiebron voor de hightech sector. Deze inspiratie gaat op voor een groot aantal deelsectoren, zoals nieuwe ICT-hardware, softwareontwikkeling, sensornetwerken, brein-computer interfacing en robotica. Een recente ontwikkeling op het grensgebied menselijk gedrag (cognitie) en hightech is het Healthy Lifestyle-programma van het NIHC en STW in samenwerking met Philips. Het programma is gebaseerd op het measure, monitor en motivate principe. Onopvallende hightech monitoring van het gedrag en andere fysiologische signalen draagt bij aan een goede inschatting van de persoonlijke situatie en creeert een gevoel van oprecht begrip. Het doel van het Healthy Lifestyle-programma is om moderne coachingstechnieken te ontwikkelen en beschikbaar te maken voor een groot publiek via internet en smartphones. Hierdoor kunnen grote groepen mensen ondersteund worden bij hun keuze voor een gezonde(re) levensstijl (3). De relatie tussen hightech en het wetenschapsgebied H&C laat zich lastig concretiseren in termen van marktomvang. H&C zal in veel gevallen enabling zijn voor een hele serie (verbeterde) producten. Binnen de hightech sector bundelt het Holst Centre de krachten van kennisinstellingen en bedrijfsleven op een aantal programma’s. Ook hierbinnen is aandacht voor de relatie van de hightech sector met het wetenschapsgebied hersenen en cognitie, bijvoorbeeld in het Human++ programma. Dit programma richt zich op oplossingen voor een betere en efficiëntere gezondheidszorg. Een van de producten die binnen dit programma is ontwikkeld – maar veel bredere toepassingen kent – is


een mobiele EEG-scanner. Dit apparaat kan zonder veel ongemak gedragen worden en maakt het mogelijk om continu en in allerlei omstandigheden de hersenactiviteit te meten.

H&C toegepast in de high tech sector Het Holst Centre op de High Tech Campus in Eindhoven richt zich op draadloze & autonome sensor technologieën en flexibele elektronica. Daarbij is ook de integratie van beide gebieden interessant. Die voorziet namelijk in allerlei producten met geïntegreerde intelligentie. Vooral op dit punt zijn de Hersen- en Cognitiewetenschappen een belangrijke inspiratie. Op de Medical Device & Manufacturing conferentie en tentoonstelling in Anaheim, Californië, presenteerden Holst Centre en het Leuvense Imec een doorbraak in draadloze EEG. De gepresenteerde EEG-headset kan worden gebruikt met droge elektrodes en combineert gebruikersgemak met ultra-zuinige elektronica. Deze draagbare hersenmonitor registreert hersensignalen en kan ze tegelijkertijd binnen een straal van tien meter doorsturen naar een pc of mobiele telefoon. Het apparaat kent vele toepassingen. De monitor kan bijvoorbeeld vroegtijdig waarschuwen voor een epileptische aanval, maar kan ook gebruikt worden als een hulpmiddel voor personen met een spraakstoornis. Op basis van hersengolven projecteert het apparaat dan woorden en zinnen op een computerscherm. De scanner is tevens geschikt te maken voor entertainment en e-learning. Zo kan de moeilijkheidsgraad van de leerstof worden aangepast aan de alertheid van studenten. Tenslotte is het mogelijk de concentratie van automobilisten te controleren en indien nodig een alarm af te geven.

Bronnen • NeuroFederatie (2005) “Hersenonderzoek Nederland, Strategienota 2005-2015”

• NeuroInsights (2009) “The Neurotechnology Industry 2009 Report: Drugs, Devices and Diagnostics for the Brain and Nervous System”

• Stichinting Toekomstbeeld der techniek (2008) “Brain visions – how the brain sciences could change the way we eat, communicate, learn and judge”

• Technologiestiching STW (2011) “Healthy Lifestyle Solutions”

(www.stw.nl/Programmas/Philips/) • Neurotechnology Industry Association (2010) “Neurotech Clusters 2010”

• Universiteit Twente (2010) “Nieuw Lichtsysteem verbeterd concentratie schoolkinderen”

(http://www.utwente.nl/) • Nationaal Initiatief Hersenen en Cognitie Programma’s en Projecten (2011)

(http://www.hersenenencognitie.nl) • Topinstituut BioMedical Materials (2008) “Businessplan BioMedical Materials program”

(http://www.bmm-program.nl)

Meer informatie Huib van der Kroon (NL Innovatie)

www.nlinnovatie.nl Ed van Zwieten (Nationaal Initiatief Hersenen & Cognitie) Manoe Mesters (Nationaal Initiatief Hersenen & Cognitie /NWO)

www.hersenenencognitie.nl

Nederland

Het bedrijfsleven kan toegang tot deze technologie krijgen door deel te nemen in het Human++ programma, of door een licentie te nemen voor verdere productontwikkeling. Binnen het Human++ programma werken Imec en Holst Centre aan oplossingen voor de gezondheidszorg. Foto: EEG scanner-helm (Bron: IMEC/Holst Centre)


Frankrijk | Hersenen- en cognitieonderzoek in Frankrijk

Frankrijk Hersenen- en cognitieonderzoek in Frankrijk Joannette Polo-Leemreis Samenvatting Het Franse hersenen cognitieonderzoek werkt hard voor het behoud van zijn plaats in de wereldtop. Grote investeringen in nieuwe kennisinstituten moeten de zichtbaarheid van het Franse onderzoek vergroten. Zo startte president Sarkozy in 2008 het nationale Alzheimerplan. Hiermee kreeg het onderwerp ook aandacht en erkenning onder het grote publiek.

Het onderzoek naar hersenen en cognitie staat in Frankrijk in toenemende mate in de belangstelling. Aandoeningen als Kreuzfeldt-Jacob, Parkinson en Alzheimer zijn, mede in het licht van de verouderende bevolking, nationale aandachtsgebieden geworden. Er zijn de afgelopen jaren diverse kennisinstellingen op het gebied van hersenonderzoek en medische beeldvormende technieken opgericht. Frankrijk hoort graag bij de top, ook op dit terrein. Binnen Europa staan de Franse neurowetenschappen al sinds een tiental jaren op de derde plaats achter Engeland en Duitsland. Die positie staat onder druk.

Tegengestelde score Hier is ook het Franse cluster actief dat zich van alle Franse life sciences clusters het meest richt op neurologische aandoeningen, de pôle de compétitivité Medicen Paris Region. Voorts beschikt de regio over een zogeheten RTRA, een thematisch onderzoeksnetwerk gewijd aan neurowetenschappen, de Ecole des Neurosciences de Paris. De belangrijke en recente hersengerelateerde instituten Institut de la Vision (visueel gelieerde hersenenaandoeningen) en het Institut du Cerveau et de la Moelle Epinière (hersenen en beenmerg) bevinden zich beide in het hart van Parijs. Ook het grootste deel van de infrastructuur, met name imaging-apparatuur en -kennisinstellingen, bevindt zich in en om Parijs. Het imaging-instituut Neurospin in Saclay, ten zuiden van Parijs, beschikt sinds 2010 over het krachtigste apparaat ter wereld. Een studie over de periode 2006-2007 toont aan dat Franse neurowetenschappers vooral samenwerken

met Amerikanen, gevolgd door Duitsers en Engelsen. Als Franse onderzoekers met Nederlandse collega’s samenwerken, is dat met name op het gebied van cognitieve en computergerelateerde neurowetenschappen. De citatiescores van Frankrijk vertonen een tegengesteld patroon aan dat van Nederland in hersengerelateerd onderzoek. Nederland scoort hoog en Frankrijk erg laag in behavorial neuroscience. Bij de cognitieve neurowetenschappen is dat omgekeerd. Voorts is Frankrijk –naar eigen zeggen- sterk in optica, ultrasound-technologie, supermagneten voor MRI, detectoren in kernfysica, toegepaste wiskunde en informatica voor de analyse van data en beelden. Dat is terug te zien in de diverse infrastructuren die het land rijk is.

AVIESAN Frankrijk benoemde in 2009 een tiental allianties, nationale verbanden tussen bestaande kennisinstellingen binnen één domein. De alliantie van kennisinstellingen binnen life sciences en gezondheid heet AVIESAN: Alliance Nationale pour les Sciences de la Vie et de la Santé. Deze definieerde een aantal thema’s, waaronder de neuro- en cognitieve wetenschappen, neurologie en psychiatrie. Deze themagroep stelde in 2010 een strategisch plan op met daarin onder andere een de sterke en zwakke kanten van het Franse hersenonderzoek. Frankrijk zegt uit te blinken met de wetenschappelijke complementaire onderzoeksgroepen bij



INSERM, CNRS, CEA, INRA, het Institut Pasteur, Institut Curie en het klinische onderzoek in de academische ziekenhuizen. Groot belang hecht het land ook aan stabiliteit en lange-termijn-onderzoeksprojecten. Ook de Franse infrastructuur heeft een goed niveau zoals de IBiSA- platformen, databanken voor menselijk weefsel voor neurodegeneratieve ziekten, het Centrum voor klinisch thematisch Onderzoek CIC, het Neurospin-instituut voor translationeel onderzoek op het gebied van neuro-imaging uitgerust met zijn krachtige MRI-scanners, MIRCen voor moleculaire beeldvorming, Cyceron voor biomedische beeldvorming en het CERMEP of ook het biologisch medisch beeldvormende centrum in Lyon. Franse onderzoekers genieten volgens het rapport internationaal een hoge reputatie voor hun onderzoek naar de ontwikkeling van het centraal zenuwstelsel, de cognitieve neuro-psychologie, celbiologie, neuronennetwerken, de studie naar kanalen en receptoren, Mendeliaanse neurogenetica, maar ook bepaalde aspecten van neurodegeneratieve ziekten, oog- en gehooraandoeningen, autisme, bipolaire stoornissen of schizofrenie. De zwakte van het Franse hersenen cognitie-onderzoek ligt in de versnippering, het gebrek aan financiën, onvoldoende buitenlandse onderzoekers, gebrek aan platformen voor diermodellen, databanken, deelname aan Europese databanken, patiëntengroepen en interdisciplinaire onderzoekscentra. Dit heeft geleid tot een ondervertegenwoordiging op gebieden als de systeembiologie, bio-informatica, modellering, multifactoriële genetica en tot ernstige problemen in het Franse klinisch neurologisch of psychiatrisch onderzoek, aldus het document.

ANR, Agence Nationale de la Recherche, tenders 2011 Het Agence Nationale de la Recherche (ANR), het nationale agentschap dat in Frankrijk het projectmatig onderzoek beheert, heeft voor 2011 vier oproepen voor onderzoeksvoorstellen gelanceerd op het gebied van hersenen en cognitie (3). Maladie d’Alzheimer (ALZ): tweede editie van het programma (2010-2012), in het kader van het nationale Alzheimerplan

Een gehandicapte kan ‘schrijven’ met de computer door zich te concentreren op een bepaalde letter in een reeks voorbij flitsende letters (2008-2012). De beoogde resultaten zijn nieuwe markers voor diagnose en prognose, ontwikkeling van nieuwe therapieën en verbetering van de fundamentele kennis over Alzheimer. Santé mentale et addictions, (SAMENTA), een nieuw driejarig programma (2011-2013) gewijd aan mentale gezondheid en verslavingsstoornissen dat streeft naar zowel laboratoriumonderzoek als klinisch en translationeel onderzoek. Uiteindelijk doel: publiek-private samenwerking binnen het translationeel onderzoek. ERA-Net NEURON (gezond en aangetast centraal zenuwstelsel), Europese call. Emotion-cognition-comportement (binnen mensen sociale wetenschappen), een nieuw éénjarig programma op het kruispunt van de cognitieve wetenschappen, life sciences, ICT en andere disciplines. Dit betreft voornamelijk fundamenteel onderzoek. Ook binnen ICT-programma’s van het ANR komt het onderwerp terug. ANR-project: OpenViBE: de wens is de vader van de gedachte OpenViBE (4) is het resultaat van een in 2009 afgerond ANR-onderzoeksproject. Het is een open softwarepakket voor Brain Computer Interface (BCI) toepassingen, het eerste nationale BCI-experiment in Frankrijk. De beoogde toepassingsgebieden zijn multimedia, gaming en ondersteuning aan gehandicapten. Het project is uitgevoerd door een onderzoeksconsortium van zes partijen, onder leiding van het ICT-kennisinstituut INRIA in Rennes (virtual reality en software engineering), samen met het INSERM Lyon (neurofysiologie), het INPG Gipsa-Lab te Grenoble (signaalverwerking) het CEA-List laboratorium en France Telecom R&D/Orange Labs in Grenoble 14 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

voor telecomapplicaties. Ook de vereniging AFM was betrokken voor het contact met gehandicapten. Dankzij OpenViBE wordt de wens de vader van de gedachte. Zo kan een gehandicapte een Star Wars videospel spelen; door een voet iets op te tillen laat hij het ruimtevaartschip opstijgen. Het signaal wordt digitaal van zijn hersenen aan de computer overgedragen. Ook kan een gehandicapte ‘schrijven’ met de computer door zich te concentreren op een bepaalde letter in een reeks voorbij flitsende letters. In Nederland gebruikt de Universiteit Twente het gratis toegankelijke softwarepakket.

Plan Alzheimer Ongeveer 800.000 Fransen lijden aan Alzheimer. De verwachting is dat de komende jaren de financiële en sociale lasten door de ziekte sterk zullen toenemen. Mede om die reden zette president Sarkozy in 2008 het nationale Alzheimerplan (5) op, dat loopt van 2008 tot 2012. Over vier jaar is 200 miljoen euro aan de onderzoekpijler van het Alzheimerprogramma toegekend. De stichting Alzheimer heeft het beheer over de fondsen (5) en publiceert de gerelateerde calls op zijn website.

Focus op regio Parijs, Ile-de-France 48 procent van het Franse publieke neurowetenschappelijke onderzoek vindt plaats in de regio Parijs binnen 215 onderzoeksteams bij 69 kennisinstellingen waaronder INSERM, CNRS, INRA en CEA. Daarom focussen we in dit artikel verder op de activiteiten in Parijs en omstreken. Hersenonderzoek is ook een van de speerpunten van de cluster Medicen Paris Region (6). Onderzoek: Ecole des Neurosciences Paris Ile-de-France De Ecole des Neurosciences Paris Ile-deFrance (ENP) (2) is een thematisch onderzoeksnetwerk, een zogenaamd RTRA en een wetenschappelijke stichting, waarvan het grootste deel van de toponderzoeksgroepen op het gebied van neurowetenschappen in Ile-de-France vanuit CNRS, INSERM, CEA, universiteit Paris Sud 11 en de Universiteit Pierre et Marie Curie deel uitmaken. Het doel is internationale


zichtbaarheid en aantrekkingskracht voor nieuw toptalent te genereren. Vier jaar na oprichting telt de ENP een vijftigtal buitenlandse onderzoekers, afkomstig van universiteiten als Berkeley en de UCLA Californië. Kennisinstelling: Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM) Het instituut voor hersenen ruggemergonderzoek ICM (7) is een gloednieuw en voor Frankrijk uniek fundamenteel en klinisch onderzoekscentrum in het hart van Parijs. Het in 2010 geïnaugureerd instituut is gehuisvest binnen de muren van het Parijse Pitié-Salpêtrière ziekenhuis. Daardoor bevinden patiënten, artsen en onderzoekers zich op dezelfde plek en kunnen sneller behandelmethoden worden ontwikkeld. 22.000 vierkante meter laboratoriumoppervlak biedt plaats aan vier MRI-apparaten waarvan een 7 Tesla-MRI en een biologische databank van wereldniveau. Zesduizend onderzoekers, ingenieurs en technici zijn permanent werkzaam bij het ICM. Een veertigtal onderzoeksteams werkt onafhankelijk maar is via transversale programma’s onderling verbonden waardoor vruchtbare kruisbestuivingen kunnen ontstaan. Het onderzoek bij het ICM is multidisciplinair (moleculaire en celbiologie, neurofysiologie, cognitieve wetenschappen en therapieën). De samenwerkingsovereenkomsten met de –vooral de farmaceutische- industrie zorgen voor een snelle gang naar de markt. Kennisinstelling: Institut de la Vision Binnen het grootste oogziekenhuis van Europa, het Centre Hospitalier National d’Ophtalmologie Quinze-Vingts in Parijs is sinds 2009 het publiek-private Institut de la Vision (8) gevestigd, een in Europa redelijk uniek concept van geïntegreerd onderzoek door toponderzoekers met als fundament een publiek-private samenwerking. Onderzoekers vanuit INSERM, de universiteit Pierre et Marie Curie (UPMC) en een aantal andere Parijse ziekenhuizen zijn samengebracht in dit oogonderzoeksinstituut dat zich interesseert in ontwikkelingsbiologie, begrip van het opnemen en behandelen van visuele informatie door het netvlies en het visuele systeem in

relatie tot de hersenen, stamcellen, regeneratieve methoden, decodering van genetische oogaandoeningen (Leber) en therapeutische behandelingsmethoden. Het instituut trekt buitenlandse excellente onderzoekers aan. Met de industrie is een aantal meerjarenprojecten gaande. Professor José-Alain Sahel, directeur van het instituut, is op 17 mei 2011 één van de buitenlandse intervenanten tijdens het TWA seminar Brains mean business.

Bronnen • http://preprod.aviesan.fr/fr/aviesan/accueil/ menu-header/instituts-thematiques-multiorganismes/neurosciences-sciences-cognitivesneurologie-psychiatrie • (2) Paris School of Neurosciences (ENP) http://www.paris-neuroscience.fr/enp/ qui-sommes-nous/presentation.php • (3) Programmering ANR voor 2011 http://www.agence-nationale-recherche.fr/ programmes-de-recherche/appels-a-projets/nc/?tx_saap_ pi1%5Btheme%5D=&tx_saap_ pi1%5Bsearch%5D=&tx_saap_ pi1%5Bannee%5D=2011&tx_saap_ pi1%5Bvalider%5D=1&id=6&no_cache=1 • Complete programma ANR 2011 http://www.agence-nationale-recherche.fr/ fileadmin/user_upload/documents/ uploaded/2010/Programmation2011.pdf • (4) Presentatie OpenViBE (UK) http://www.bcimeeting.org/wiki/tiki-download_wiki_attachment.php?attId=43 • Voortgangspresentatie OpenVibe 2007 Anatole Lecuyer (F)

http://www.irisa.fr/videos/ irisatech/10ansIrisaTech/lecuyer/ Lecuyer_CerveauMachine.pdf • (5) Plan Alzheimer http://www.plan-alzheimer.gouv.fr/ • Stichting Alzheimer http://www.fondation-alzheimer.org/ • (6) Medicen Paris Region http://www.medicen.org/ • (7) ICM http://icm-institute.org/menu/fondation/ mission?lang=en • (8) Institut de la Vision http://www.institut-vision.org/ index.php?lang=fr


Meer informatie Joannette Polo-Leemreis

[email protected]

TWA Frankrijk

Frankrijk | Franse bedrijvigheid rond hersenen en cognitie in Frankrijk

Franse bedrijvigheid rond hersenen en cognitie Joannette Polo-Leemreis Samenvatting De kennis van en het onderzoek naar hersenen, cognitie en daaraan gerelateerde ziekten biedt commerciële mogelijkheden. Dat bewijst een greep uit kleine en middelgrote Franse kennisbedrijven zoals E(ye) Brain, Biocortech, SuperSonic Imagine, Pharnext en het DIPPAL-project, Neurokin, Vect-Horus, Medesis Pharma, Skuld-Tech en Domain Therapeutics.

E(y)eRBAIN

Biocortech test depressie en schizofrenie

depressieverschijnselen. De eerste clinical trial startte begin 2009 en moet leiden tot een proof of concept bij een kleine groep testpersonen. De tweede test is EDITOX®, een geneesmiddelentestplatform dat de toxiciteit en bijwerkingen van bepaalde chemische stoffen in geneesmiddelen op het centraal zenuwstelsel weergeeft. Het is bestemd voor preklinisch gebruik. Biocortech biedt dit product inmiddels op een fee for service basis aan. In de periode 2007-2010 sloot Biocortech drie strategische overeenkomsten: • Een overeenkomst met het farmaceutisch bedrijf Servier, gebaseerd op het neuronale plasticiteitplatform van Biocortech. • Een consortium in het kader van de cluster Medicen Paris Region met drie partners MEDIT, INSERM en PRESTWICK. Doel van het project is applicaties te ontwikkelen voor het identificeren van receptoren. Het consortium ontving 3,4 miljoen euro steun. Biocortech kan over 1,9 miljoen euro hiervan beschikken. • Een financieringsovereenkomst met het Franse innovatie-agentschap Oseo dat toegezegd heeft Biocortech’s eerste klinische test mede te financieren voor zijn depressie-bloedtest.

Het Parijse Biocortech (2) ontwikkelt innovatieve biomarkers en gepersonaliseerde behandelprotocollen om neuro-psychiatrische aandoeningen te behandelen via het herstel van neuronencircuits en beschadigde receptoren. Hierbij valt te denken aan schizofrenie en depressie. Biocortech is geïnteresseerd in in-vitro diagnosetesten voor hersenstoornissen. Het bedrijf zoekt hiervoor samenwerkingsmogelijkheden. Biocortech heeft op dit moment één molecuul en twee toxicologietesten in de pijplijn. De eerste test is DIADEP®, een diagnostische of voorspellende biologische test voor depressie of ernstige

Een bedrijf dat sterk in de belangstelling staat is het vijf jaar jonge SuperSonic Imagine (3) in Aix en Provence. In november 2010 haalde het in zijn derde financieringsronde 34,5 miljoen euro op. SuperSonic Imagine heeft een echografie-apparaat ontwikkeld dat real-time de elasticiteit van weefsel kan meten en weergeven. De gebruikte highintensity focused ultrasound (HIFU)-technologie kan met grote precisie beschadiging aan de hersenen meten, zonder dat er geopereerd hoeft te worden. Eén van de oprichters van het bedrijf

E(ye)BRAINs (1) met vijftien medewerkers in Ivry (oost-Parijs) en het Parijse ziekenhuis PitiéSalpétrière produceert innovatieve hulpmiddelen voor artsen. Ze zijn bestemd voor het vroeg diagnosticeren van neurologische en psychiatrische aandoeningen op basis van de registratie van oogbewegingen. Ook ontwikkelt het bedrijf op cognitieve neurowetenschappen gebaseerde hulpmiddelen en software bestemd voor onderzoekers. Eén van de producten is de Eye Brain Tracker, die oogbewegingen meet en analyseert. Dit kan bijdragen tot diagnose van de ziekte van Parkinson voordat zich andere klinische symptomen aandienen. Ook kan de eye-brain-trackmethode vroegtijdig signalen ontdekken van multiple sclerose (MS), wat voor zeventig procent onopgemerkt zou blijven bij andere diagnosemethoden. Bij MS geven de oogbewegingen bijvoorbeeld belangrijke informatie over beschadigde oogzenuwen. De mobiele Eye Brain Tracker (mobile EBT) voor vroege detectie van Parkinson is sinds juni 2010 op de markt in Frankrijk, België en Luxemburg.

SuperSonic Imagine: HIFU-echografie



Eye Brain Trackers-systeem van het Parijse bedrijf e(ye)BRAIN. Bron en copyright: e(ye)BRAIN

was de in 2010 overleden Nobelprijswinnaar Georges Charpak.

In 2010 haalde het bedrijf 4,8 miljoen euro op voor uitvoering voor de eerste klinische proeven.

ambitie om vroegdiagnostische en therapeutische oplossingen te vinden voor Alzheimerpatiënten.

Pharnext: pleotherapie Pharnext (4) werd in 2007 opgericht. Het bedrijf is gespecialiseerd in innovatieve farmaceutische behandelingen, onder andere een procedé gebaseerd op ‘pleotherapie’. Dat is de laaggedoseerde toepassing van een mix van verschillende op de markt toegelaten moleculen waarvan het octrooi verlopen is. Pharnext focust via een eigen businessmodel op ernstige neurologische aandoeningen. Het bedrijf voert de R&D van het nieuwe ‘pleogeneesmiddel’ uit tot aan het einde van Fase II bij de mens en verkoopt vervolgens de licentie aan de industrie. Zo tekende Pharnext in 2009 een exclusieve R&D en marketingovereenkomst met Ipsen voor zijn geneesmiddelprogramma voor de Charcot Marie-Tooth ziekte.

DIPPAL wil vroegdiagnostische en therapeutische oplossingen vinden voor Alzheimer DIPPAL tegen Alzheimer In november 2010 ontving het DIPPALonderzoeksconsortium (5) met Pharnext als penvoerder 10,4 miljoen euro subsidie en lening van Oseo, het agentschap voor innovatie in het mkb. Het cluster Medicen Paris Region selecteerde het DIPPALproject ook al. Het consortium heeft de 17 | Brains mean business

Het doel van DIPPAL is meerledig. Eerste doel is het ontwikkelen van een bloedtest voor een vroege diagnose van Alzheimer. Daarnaast mikt het op de ontwikkeling van een ‘pleogeneesmiddel’ tot en met Fase II bij de mens voor een complete behandeling van Alzheimer. Die behandeling is dan gebaseerd op Pharnexttechnologie. Tenslotte staat de analyse en follow-up van de efficiëntie van de behandeling op het programma. Naast Pharnext speelt ook de technologie van Biosystems International een grote rol. Biosystems International is specialist in de ontwikkeling van nieuwe diagnostische testen. Andere partners zijn het ziekenhuis van Bordeaux met zijn neurowetenschappenpool en het CMRR in Bordeaux, een


databank met biologische data van Alzheimerpatiënten.

Neurokin voorkomt afsterven neuronen De Franse start-up Neurokin (6) werkt sinds 2003 aan het idee om de kankertherapeutische enzymenfamilie CDK (cycline-dependente kinases) ook toe te passen op de bescherming van afstervende neuronen. Die afsterving treedt op bij een herseninfarct (CVA), epilepsie of een hersenschudding. Neurokin onderzoekt in hoeverre de CDK de neuronenafsterving bij deze acute aandoeningen kan tegengaan. Voor de financiering heeft Neurokin subsidies ontvangen van Oseo en het Europese programma Epicure. Na een eerste financieringsronde in 2007 bij de valorisatie-organisatie Inserm Transfert Initiative en bij het CEA kon Neurokin zijn onderzoek tot en met de testen met primaten uitvoeren. Voor het vervolg profiteert Neurokin van een vruchtbare samenwerking met de cardiovasculaire eenheid bij het academisch ziekenhuis van Brest die over goede beeldvormende apparatuur beschikt. Het bedrijf kan zo al vóór de start van Fase III de efficiëntie van zijn moleculen evalueren.

Vect-Horus doorbreekt de bloed-hersenbarrière Vect-Horus (7) is een start-up uit 2005 in Marseille, die zijn zinnen heeft gezet op het doorbreken van de bloed-hersenbarrière (BBB). Dat is het zeer selectieve filter tussen bloedvaten en hersenen. Omdat deze barrière neuronen zorgvuldig beschermt, kan slechts twee procent van de geneesmiddelen de hersenen bereiken. Dat is een belangrijke hindernis bij de behandeling van neurologische aandoeningen. Vect-Horus heeft een aantal peptiden ontwikkeld die helpen bij het doorbreken van de BBB. Eén daarvan, samengesteld uit zeven aminozuren, heeft zijn efficiëntie al aangetoond in een diermodel. Vijf jaar na oprichting heeft Vect-Horus zijn eerste aanbod voor de farmaceutische industrie klaar. Het tienkoppige bedrijf is bezig een aantal samenwerkingsovereenkomsten te tekenen en zijn derde financieringsronde af te sluiten.

Medesis Pharma strijdt tegen de ziekte van Huntington De ziekte van Huntington staat centraal bij het project van de mkb’s Medesis Pharma (8) en Skuld-Tech (9) in Montpellier, het INSERM, een aantal ziekenhuizen en het cluster EuroBioMed in Languedoc-Rousillon, dat zich focust op zeldzame ziekten. Medesis ontwikkelt een therapeutisch geneesmiddel, NP03, tegen Huntington dat de neuronen beschermt. Skuld-Tech werkt aan de bijbehorende biomarkers voor het volgen van de evolutie van de ziekte. In het kader van het R&D-project met EuroBioMed leidde Medesis in 2010 een Fase I en Fase II studie onder een eerste groep proefpersonen. In 2011 start een tweede studie. Er bestaat momenteel geen enkele behandeling voor Huntington. Medesis heeft innovatieve nanotechnologie ontwikkeld. De eerste studies met transgene diermodellen hebben een stabilisatie van de ziekte aangetoond. Na Fase II gaat Medesis op zoek naar een financiële partner voor de twintig miljoen euro die het nodig heeft voor Fase III.

Links • (1) E(ye)Brain http://www.eye-brain.com/ebrainv5/ index.php?lang=en • (2) Biocortech http://www.biocortech.com/business.php • (3) SuperSonic Imagine http://www.supersonicimagine.fr/ actualites,en.htm • (4) Pharnext http://www.truffle.com/investments_life_ sciences_Pharnext.php • (5) DIPPAL-project http://www.oseo.fr/a_la_une/actualites/ alzheimer_oseo_attribue_10_4_millions_d_ euros_au_projet_dippal • (6) Neurokin (UK) http://www.neurokin.com/ • (7) Vect-Horus (UK) http://www.vect-horus.com/ • (8) Medesis Pharma http://www.medesispharma.com/ • (9) Skuld-Tech http://www.skuldtech.com/ • (10) Domain Therapeutics http://www.domaintherapeutics.com/

Meer informatie Domain Therapeutics in strijd tegen Parkinson In februari 2011 werd bekend dat Domain Therapeutics (10), één van de paradepaardjes van Alsace Biovalley, een licentie-overeenkomst getekend heeft met MerckSerono voor het onderzoekswerk naar behandeling van Parkinson. De licentie betreft de kennis die verworven werd in het kader van het Aramis-project van Alsace Biovalley, in samenwerking met Prestwick Chemicals en twee labs van de universiteit van Straatsburg. Het gaat om regulering van het neurotransmissiesysteem bij aandoeningen als Parkinson en Alzheimer en moet uiteindelijk tot een geneesmiddel leiden. Het jonge Domain Therapeutics met zijn vijftien medewerkers krijgt twee miljoen euro voor zijn onderzoeksbijdrage. Vervolgens kan het contract na succesvolle preklinische en klinische testfasen door Merck Serono nog eens tot 132 miljoen euro opbrengen.


Joannette Polo-Leemreis

[email protected]

TWA Frankrijk

Duitsland | Bundeling Duits hersenonderzoek in Bernstein-netwerk: Talent kweken en aantrekken

Duitsland Bundeling Duits hersenonderzoek in Bernstein-netwerk: Talent kweken en aantrekken Wout van Wijngaarden

Samenvatting In Duitsland is door strategische ondersteuning van het bondsministerie van onderwijs en onderzoek een levendig een goed gecoördineerd netwerk van computational neuroscience ontstaan. Dit netwerk heeft niet alleen een functie in de coördinatie van onderzoek, het kweekt en trekt talent aan en betrekt het bedrijfsleven en andere kennisinstellingen bij het onderzoek. Inmiddels zijn 200 onderzoeksgroepen actief op 24 locaties. Concrete resultaten van het gesubsidieerde onderzoek zijn onder meer te vinden in implantaten.

Duitsland is veel geciteerd als het land van denkers en dichters (Wolfgang Menzel, 1828). Beide activiteiten, denken en dichten, vergen veel van het gemiddelde menselijk brein. Niet voor niets lieten Duitse geleerden juist ook over het brein hun hersenen kraken. Een beroemde Duitse geleerde in de fysiologie, Julius Bernstein, publiceerde in 1902 de Membraantheorie over elektrische potentialen in biologische cellen en weefsels. Deze theorie gaf een eerste, praktische fysio-chemische uitleg over bio-elektrische interactie in zenuwcellen. Bernstein kon toen vast niet vermoeden dat zijn theorie een eeuw later aan de wieg stond van oplossingen via brein-computerinteractie voor aandoeningen aan het brein en zenuwstelsel.

Bundeling van onderzoek Na Bernstein is het hersenonderzoek in Duitsland niet stil blijven staan. Vrijwel elke universiteit en onderzoeksinstelling heeft in één of andere vorm hersenonderzoek in haar programma. Vanwege het strategisch belang van hersenonderzoek besloot de Duitse overheid enkele jaren geleden via gerichte subsidiëring focus en massa aan te brengen in bepaalde, veelbelovende delen van het neurologisch onderzoek. Daarom richtte het BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) in 2004 het nationale Bernstein-netwerk op. Dit resulteerde in vier zogenoemde ‘Computational neuroscience centra’ in Berlijn, Freiburg,

Göttingen en München. In de prille fase na de oprichting van het netwerk was men zich er zeer van bewust dat het aantrekken en opleiden van voldoende wetenschappelijk talent een eerste en essentiële voorwaarde is om een rol van betekenis te kunnen spelen op het wereldtoneel. Een eerste besluit betrof dan ook de instelling van zeven nieuwe leerstoelen. Om meer talent uit binnen- en buitenland aan te trekken werd kort daarna de Bernstein-prijs in het leven geroepen, qua omvang vergelijkbaar met de Vici-prijs in Nederland: jaarlijks krijgt een toponderzoeker de kans om een hersenonderzoeksprogramma te starten met een budget van maximaal 1,25 miljoen euro en een looptijd van hooguit vijf jaar. Inmiddels is de prijs vijf keer uitgereikt. Daarmee is het onder meer gelukt om een Duitse toponderzoeker uit Californië terug te halen naar Duitsland. Naast het Bernstein-netwerk zijn er andere zwaartepunten, zoals in Bonn, Frankfurt en Bremen. De competenties van deze centra komen in een ander TWA-artikel aan bod.

Uitbreiding van het netwerk In de jaren na de oprichting is het Bernsteinnetwerk gestaag uitgebreid. Twee centra werden toegevoegd aan de oorspronkelijke vier: Heidelberg/Mannheim en Tübingen. Ook zijn er verschillende vormen van samenwerking opgezet



Een bijzondere uitbreiding van het netwerk betreft het Nationale Neuroinformatica Knooppunt in München. Het doel daarvan is de internationale samenwerking tussen experimentele en theoretische neurowetenschappers te ondersteunen in de toegang, opslag en analyse van data. Men werkt nauw samen met het secretariaat van International Neuroinformatics Coordination Facility (INCF) in Stockholm. In München werken onderzoekers onder andere aan standaardisatie en elektronische hulpmiddelen om de toegang tot neuro-onderzoeksresultaten zo universeel mogelijk te maken, via webapplicaties, MatLab of Python. Het BMBF is een belangrijk promotor van deze activiteit, omdat de resultaten van het door haar gesubsidieerde onderzoek voor valorisatiedoeleinden publiek gemaakt moeten worden. Daar staat tegenover dat het voor wetenschappers niet altijd op voorhand duidelijk is welke winst de extra inspanning oplevert om onderzoeksresultaten gestandaardiseerd beschikbaar te stellen. “Incentives als de kans op extra papers, citaties of samenwerking werken beter dan de harde hand van plicht”, aldus de directeur INCF van het knooppunt in München.

met universiteiten en Max-Planck instituten, maar ook met toepassingsgerichte Fraunhofer-onderzoeksinstituten en, eind 2010, met 23 bedrijven. Inmiddels zijn er in het Bernstein-netwerk zo’n 200 onderzoeksgroepen actief op 24 locaties. Er zijn in totaal 21 leerstoelen in het leven geroepen. Het BMBF heeft toegezegd in de periode 2004-2015 zo’n 150 miljoen euro te investeren in het Bernstein-netwerk.

Focus in de onderzoekscentra van het netwerk De zes Bernstein-centra kennen elk een eigen focus, zoals het vermogen van het brein om motorische of juist visuele opgaven te doen, maar ook genetische variatie en aanpassingsvermogen. Dit artikel zoomt verder in op de Bernsteincentra van Freiburg en Berlijn. Informatie over de overige centra is te vinden via de website van het Bernstein-netwerk.

Freiburg In Freiburg staat de Nederlander Prof. Ad Aertsen aan het hoofd van het Bernstein-centrum. Het begrijpen van het brein in zijn functioneren en zijn communicatie met de buitenwereld staat centraal. De groep doet onder meer onderzoek naar de ontwikkeling van implanteerbare elektroden (zie figuur 2 en 3) en naar de signalen die daarmee, direct van de oppervlakte van de hersenen (zogenaamde ElektroCorikoGram EcoG) worden verkregen. Een belangrijke vraag is: wat betekenen die signalen en kan daarmee vooraf begrepen worden wat het brein van plan is te doen? Toepassingen voor het motorische gedeelte van het brein liggen voor de hand, bijvoorbeeld als “Brain machine interface” (BMI, zie figuur 3) om onderbroken zenuwbanen naar ledematen kunstmatig te herstellen. Ook een beter begrip van epilepsie is onderwerp van onderzoek van Professor Aertsen en zijn collega’s. Met de implanteerbare elektroden kan preciezer worden gezocht naar gebieden in de hersenen die verantwoordelijk zijn voor de verstoorde hersensignalen die aan de basis van epilepsie staan. Dit maakt, in principe, preciezer chirurgisch ingrijpen mogelijk, met verwijdering van minder hersenweef20 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

sel. Dezelfde elektroden kunnen de signalen opvangen die voorafgaan aan een epilepsie-aanval, zodat de patiënt tijdig hulp kan zoeken. Tenslotte hoopt de onderzoeksgroep beter inzicht te krijgen in de manier waarop een opkomende epilepsie-aanval kan worden onderdrukt met elektrische stroompulsen, ook wel ‘Hirnschrittmacher’ of hersen-pacemaker genoemd, via dezelfde elektroden. Het Bernstein-centrum werkt daartoe nauw samen met de universiteitskliniek in Freiburg in het onderzoek naar epilepsiepatiënten. Ook met de technische faculteit van de universiteit van Freiburg (opgericht in 1457) wordt intensief samengewerkt, in het bijzonder met het instituut voor microsysteemtechniek IMTEK. IMTEK heeft vrijwel alle disciplines op het gebied van microsysteemtechniek binnen haar gelederen, zoals onderzoek naar en ontwikkeling van biocompatibele microsysteemtechnische materialen, de eerder genoemde elektroden. Ook kennis van gasdichte implanteerbare microsystemen en -kabels is één van de kerncompetenties van het instituut. Last but not least heeft de leerstoel van de biomedische microtechniek (prof. Stieglitz) een ISO-gecertificeerd laboratorium dat klinisch onderzoek met biomedische microsystemen mogelijk maakt: het instituut staat daarmee heel dicht bij de ontwikkeling van eindproducten. Een recente ontwikkeling van het instituut in samenwerking met het Bernstein centrum betreft het veel dichter bij elkaar plaatsen van de duidelijk kleinere elektroden van het nieuwe implantaat. Dit maakt een hogere nauwkeurigheid in de lokalisering van hersensignalen mogelijk. Bovendien kan daarmee het elektrodenmatje veel kleiner uitgevoerd worden, waardoor de chirurgische ingreep beperkter kan blijven.

Berlijn In het Bernstein-centrum van Berlijn werken verschillende onderzoeksgroepen samen onder de noemer ‘Precisie en variabiliteit van de hersenen’. De hersenen zijn nog steeds veel beter dan computers in staat om beelden foutloos te herkennen. Maar bij menselijke repeterende handelingen blijkt toch een enorme variabiliteit in de hersensignalen te zitten. Hoe kan het


Figuur 3 Schema van het in Freiburg ontwikkelde motorische BMI.

Figuur 1 H et nationale Bernstein-netwerk (Bron: “Bernstein Coordination Site (BCOS), National Bernstein Network Computational Neuroscience”).

Figuur 2 Prototype van een nieuwe implanteerbare EcoG elektrodenarray.


dat met zo’n grote variabiliteit de hersenen toch zo betrouwbaar hun taken uitvoeren? Professor Michael Brecht en professor Klaus-Robert Müller werken in Berlijn onder meer aan signaalverwerking. De uitdaging is om uit de enorme hoeveelheid EEGsignalen patronen af te leiden, die kunnen worden herleid naar in de hersenen genomen beslissingen. Het gaat de onderzoekers erom op steeds universelere wijze signalen met een hoge betrouwbaarheid te kunnen opvangen. Vergelijk het met het geautomatiseerd lezen van postcodes door postsorteermachines of het gecomputeriseerd verstaan van antwoorden over de telefoon: langzaam maar zeker is deze techniek zó ver geperfectioneerd, dat vrijwel alle uiteenlopende handschriften gelezen en stemmen verstaan kunnen worden. Het lezen van signalen uit het brein staat voor eenzelfde uitdaging, mogelijk resulterend in de universele BCI (Brein Computer Interface). Een andere uitdaging bestaat uit het ontwikkelen van draadloze droge elektroden (zonder geleidende gel), waarmee het EEG vanuit het medische ook voor andere, nog grotere markttoepassingen als marketing en gaming interessant kan worden. Een voorbeeld is het product van NOUZZ in Berlijn, een spin-off bedrijf van professor Müller (zie figuur 3). Een derde uitdaging betreft volgens professor Müller het terugdringen van het aantal zogenoemde ‘BCI-analfabeten’. Ongeveer dertig procent van de mensen blijkt in eerste instantie niet te kunnen omgaan met BCI. In die gevallen ontvangt


Focus op de toepassingen uit het netwerk – valorisatie Om de kennis uit de zes onderzoekscentra verder de innovatieketen in te trekken zijn twee meer toepassingsgerichte programma’s gestart, waarin het bedrijfsleven een belangrijke rol speelt. De ‘Bernstein Fokus: Neurotechnologie’ (BFNT) richt zich op het ontwikkelen van kennis over elementaire modellen van neurale mechanismen voor de ontwikkeling van eindproducten. Er wordt gewerkt aan technieken voor producten die bedrijven als Brain Products, InoMed en Otto Bock ontwikkelen. Dit programma wordt tot en met 2013 gesubsidieerd met in totaal 34 miljoen euro. De ‘Bernstein Fokus: Neuronale fundamenten van het leren’ (BFNL) breidt het netwerk uit met samenwerkingsprojecten op het gebied van leren. Voor de jaren 2009-2014 is hiervoor een subsidiebedrag van zestien miljoen euro beschikbaar. Het vermogen om te leren is een centrale eigenschap van het geheugen. Vooral door meer basiskennis over het biologische fenomeen van leren verwachten onderzoekers dat er kansen ontstaan voor allerlei toepassingen, niet alleen in de gezondheidszorg maar vooral ook in de industrie en de dienstensector.

Overige informatie: Industriële deelname aan Bernstein:

Figuur 4 D e NOUZZ, een draadloze gelvrije EEG-kap, bron Nouzz GmbH.

http://www.nncn.uni-freiburg.de/ MitgliederNNCN/Industriepartner

Bronnen de computer via de gebruikelijke 64 kanalen van de EEG-kap teveel verschillende en tegenstrijdige signalen tijdens de persoonsgebonden kalibratie. Een kalibratie bestaat bijvoorbeeld uit het in gedachten spellen van woorden tijdens het oplichten van letters op een beeldscherm. De oplossing zit in het reserveren van een klein aantal kanalen, drie of vier, die voor feedback aan de persoon worden gebruikt. De overige kanalen worden wel gelezen, maar niet voor feedback-doeleinden gebruikt. Door op deze wijze de personen te laten zien wat de effecten van zijn gedachten op het BCI-systeem zijn, loopt het BCI-analfabetisme duidelijk terug: het

brein leert als het ware om te gaan met de EEG-kap. Deze methode is ook veelbelovend voor het behandelen van dwangneuroses door middel van geïndividualiseerde feedback. Het Berlijnse Bernstein-centrum werkt samen met het usability labs van Deutsche Telekom. Dat lab wil meer kennis ontwikkelen over tot hoe ver je beeld of spraak kunt comprimeren, voordat dit door het brein als ongemakkelijk wordt ervaren. Ons brn kn snl klnkrs pltsn tssn gcmprmrd tkst. Maar waar ligt de grens? De signalen van het brein beantwoorden die vraag veel betrouwbaarder dan uitspraken van de proefpersonen zelf. 22 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

• Bernstein-netwerk - http://www.nncn.de/ • Nationale Neuroinformatica Knooppunt in München - http://www.g-node.de/ • IMTEK, Institut für Mikrosystemtechniek – http://www.imtek.uni-freiburg.de/ • NOUZZ – http://www.nouzz.com • Brain Products - http://www.brainproducts.com/ • InoMed - http://www.inomed.com/ • Otto Bock - http://www.ottobock.nl/

Meer informatie Wout van Wijngaarden

[email protected]

TWA Duitsland

Duitsland | Computerarchitectuur gebaseerd op het brein: Kunstmatige Neuronen op wafers

Computerarchitectuur gebaseerd op het brein: Kunstmatige Neuronen op wafers Wout van Wijngaarden Samenvatting Niet al het onderzoek naar het menselijk brein is gericht op neurodegeneratieve ziekten. Wetenschappers kraken ook hun hersenen over het ongeëvenaarde denkvermogen van de mens. Computersimulaties komen nog steeds niet in de buurt van de kracht en flexibiliteit van het menselijk brein. Hersenonderzoek moet aanknopingspunten bieden voor het ontwerpen van een nieuwe computerarchitectuur, waarmee nieuwe taken binnen het bereik van de automatisering komen.

Ons brein wordt als het meest complexe orgaan van de mens beschouwd. Veel van de taken die het brein in samenspel met het zenuwstelsel uitvoert, zijn ongeëvenaard. Het herkennen van emoties, het voorspellen van reacties, het inschatten van gevaar en het gebruiken van zintuigen als tastzin zijn slechts enkele voorbeelden van taken die zelfs de meest krachtige computers en sensoren nog lang niet kunnen evenaren. Tel daarbij het lage energieverbruik en het leer- en aanpassingsvermogen van ons brein op en het verschil met de huidige generatie computers wordt bijna lachwekkend. Toch zijn computers veel beter in staat repeterende handelingen te verrichten, zoals het maken van berekeningen of het onthouden van telefoonnummers. Veel wetenschappers buigen zich dan ook over de vraag, wat we van het brein kunnen leren om onze computerarchitectuur zodanig te verbeteren, dat ook taken waarin het brein nu superieur is net zo goed of nog beter kunnen worden uitgevoerd in het basismateriaal van computers, silicium. Veel wetenschappers zijn ervan overtuigd dat dit alleen mogelijk is met een geheel andere computerarchitectuur, niet meer gebaseerd op de klassieke Von Neumannarchitectuur. Men richt zijn pijlen op omvangrijke in hardware gerealiseerde neurale netwerken, naar voorbeeld van het brein, waarmee geheugen, leerprocessen en rekenkracht worden gerealiseerd. Daarmee bevinden we ons op het terrein van de neuromorfologie. Professor Carver Mead van het Californian Institute of Technology introduceerde dit begrip eind jaren tachtig. Hij gebruikte de term om computerchips te definiëren, gebaseerd op very-large-scale integration (VLSI) met analoge circuits en een zogenoemde ‘neurobiologische architectuur’, vergelijkbaar met het brein en zenuwstelsel.

Tegenwoordig wordt de term opgerekt. Neuromorfologie wordt gebruikt om zowel analoge als digitale en mixed-signal VLSI-systemen te definiëren, die modellen van het neurale systeem voor perceptie en beweging implementeren. In de neuromorfologie gaat het er vooral om te begrijpen hoe neuronen (individueel of als groep) berekeningen kunnen uitvoeren, leer- en ontwikkelingsprocessen mogelijk maken en daarbij ook nog eens robuust zijn. Die laatste eigenschap is immers één van de meest opmerkelijke verschillen tussen computer en het menselijk brein: minimale schade aan computerchips maken het apparaat al waardeloos, terwijl het brein over een zekere mate van robuustheid beschikt: bij schade aan hersencellen kunnen andere delen van het brein soms taken overnemen. Neuromorfologie is bij uitstek een multidisciplinaire wetenschap: biologen, natuurkundigen, informatici en elektrotechnici bundelen hun expertise om de eigenschappen van het brein te doorgronden en delen daarvan na te bouwen in silicium. In Duitsland is neuromorfologie het centrale thema van de groep van professor Karlheinz Meier (Kirchhoff-Institut für Physik), onderdeel van de universiteit van Heidelberg. Zijn groep is betrokken bij verschillende grote Europese projecten waarin neuromorfologie centraal staat, in het bijzonder de projecten FACETS en BrainScaleS.

FACETS Doel van het eind 2010 afgeronde FACETS-project (Fast Analog Computing with Emergent Transient States) was om een theoretisch en een experimenteel fundament te leggen voor de realisatie van een nieuwe computerarchitectuur die gebruikmaakt van dezelfde uitgangspunten als het brein en het zenuwstelsel.



Figuur 1 een enkele neuromorfologische chip, bron Universiteit Heidelberg, FACETS-project.

Naast een enorme hoeveelheid kennis is de uitkomst van het project ook heel concreet: een 8-inch wafer waarop de functie van 200.000 neuronen is nagebouwd in hardware. Het gaat hier niet om het integreren van menselijke neuronen op computerhardware, maar het in silicium nabouwen van de functie van een neuron. Op deze wafer zijn in totaal zo’n 50 miljoen vrij programmeerbare, onderlinge verbindingen aangebracht, vergelijkbaar met de synapsen in ons brein. Men is in Heidelberg eerst begonnen een enkele chip te bouwen met elk 384 in hardware gerealiseerde neuronen met 100.000 verbindingen (zie afbeelding 1). De doorontwikkeling daarvan heeft nu geleid tot een gehele wafer (zie afbeelding 2). De techniek om een wafer niet op te splitsen in losse chips, zoals gebruikelijk is in de chipindustrie, wordt ook wel ‘wafer scale integration’ genoemd. Met deze wafer is het mogelijk om de leerprocessen van het brein in hardware te simuleren en te onderzoeken, zij het in zeer beperkte mate: het aantal neuronen en verbindingen van de hele wafer zijn in

de menselijke cortex gemakkelijk in 1 tot 2 kubieke millimeter te vinden.

Sneller dan softwaresimulatie Het voordeel van het model inbouwen in silicium, in plaats van simuleren met software zoals andere onderzoeksgroepen hebben gedaan, ligt vooral in de snelheid. Door de hoge frequentie van de hardware kan het leren sneller worden gesimuleerd dan het brein dat in werkelijkheid kan, zo´n 100.000 keer sneller zelfs. Simulatie van menselijke leerprocessen die in werkelijkheid dagen tot jaren duren, wordt op deze manier teruggebracht tot seconden en minuten. Het verschil met eerdere projecten, zoals het bekende Blue Brain Project onder leiding van professor Henry Markram, is dat de neuronen niet worden gesimuleerd in software, maar daadwerkelijk nagebouwd in silicium: dat levert een hogere snelheid op en leidt tot daadwerkelijke massieve parallelliteit. Door de architectuur zo dicht mogelijk het model van het brein te laten benaderen, verwacht men de meeste inzichten te verkrijgen in leer- en 24 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

beslissingsprocessen. De vrije programmeerbaarheid van het neurale netwerk is daarbij een belangrijk kenmerk: de zogenoemde plasticiteit van het brein (het vermogen om constant nieuwe verbindingen te kunnen leggen, dan wel bestaande verbindingen tussen neuronen te kunnen uitschakelen) is daarmee immers nagebouwd in modelvorm. Een belangrijk technische uitdaging ten slotte was het nabouwen van de 3D-constructies van neuronen en verbindingen met synapsen in het brein op een 2D-model in silicium.

Energieverbruik Ons brein verbruikt verbluffend weinig energie. Een ‘instructie’ (een signaal tussen neuronen via synapsen) in het brein kost zo’n tien miljoen keer minder energie dan het uitvoeren van een instructie in een klassieke CPU. Het energiegebruik is daarmee een cruciale factor bij het nabootsen van het brein op een wafer. Om het energieverbruik omlaag te brengen werkt men met een zo laag mogelijke spanning en met asynchrone signalen. De


verbindingen tussen de neuronen zijn zo geconstrueerd, dat ze in het geheel geen energie gebruiken. Deze en andere technieken houden het energieverbruik onder de 1Kw per 8-inch wafer, zo´n 1,6 W/ cm2. Dat maakt het mogelijk om met bestaande luchtkoelingtechnieken de wafers te stapelen in normale computerrekken te stapelen. Dit is een belangrijke voorwaarde voor de opvolgende projecten van FACETS, waaronder het hierna beschreven BrainScaleS.

beter in staat voorspellingen te doen op basis van eerdere ervaringen dan de klassieke computerarchitectuur. Het FACETS-project eindigde eind 2010. Het project werd mede gefinancierd vanuit het zesde kaderprogramma met een budget van 10,5 miljoen euro. In totaal zijn er 107 promotiestudies gebaseerd op FACETS. Een gespecialiseerd Marie-Curie trainingstraject flankeerde het programma.

• • • •

•

BRAINSCALES … and beyond

“Energiegebruik is een cruciale factor bij het nabootsen van het brein op een wafer” Het FACETS project werd gecoördineerd vanuit de universiteit van Heidelberg en uitgevoerd door vijftien Europese onderzoeksgroepen (zonder Nederlandse deelname). Professor Meier verwacht binnen vijf jaar concrete tools en producten uit FACETS, bijvoorbeeld in sterk verbeterde zoekmachines en patroonherkenningssystemen. Het zelflerende vermogen van de neurale netwerken op de wafers is immers

De chip die FACETS heeft opgeleverd kan slechts een heel klein deel van het menselijk brein simuleren en dan nog in beperkte mate. Een logische vervolgstap is opschalen. Dat is precies het doel van het project BrainScaleS, dat is gestart op 1 januari 2011, doorloopt tot 2014 en door de Europese Commissie wordt gefinancierd met 8,5 miljoen euro. Net als in FACETS is de coördinator professor Karlheinz Meier van de universiteit van Heidelberg. BrainScaleS wordt uitgevoerd door dertien onderzoeksgroepen uit zes Europese landen: • Universitat Pompeu Fabra Barcelona, Spanje; • Technische Universität Dresden, Duitsland; • Centre National de la Recherche

• •

Scientifique UNIC (Gif-sur-Yvette), INCM and ISM (Marseille), Frankrijk; Technische Universität Graz, Oostenrijk; Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Duitsland; Forschungszentrum Jülich GmbH, Duitsland; École Polytechnique Fédérale de Lausanne LCN and the Blue Brain Project, Zwitserland; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique Sophia Antipolis, Frankrijk; Kungliga Tekniska Högskolan Stockholm, Zweden; Universität Zürich, Zwitserland.

Het BrainScaleS project is nog maar net op weg, maar de onderzoeksvoorstellen rollen al over elkaar heen. Het onderzoeken en doorontwikkelen van neuromorfologische systemen is namelijk ook een belangrijk element van het Europese voorstel “The Human Brain project”, in het kader van het programma Future Emerging Technologies (FET). Dat voorstel betreft een integraal onderzoek naar het beter begrijpen van het menselijk brein. Niet alleen om nieuwe generatie computers op te baseren, maar ook om neurodegeneratieve ziekten beter te doorgronden. Het voorstel wordt geleid door professor Markram uit Lausanne en kent deelname van verschillende andere onderzoeksgroepen, waaronder Heidelberg en Nijmegen. De toenemende aandacht voor hersenonderzoek en de steeds beter technische mogelijkheden geven dus niet alleen hoop op betere diagnoses en medicaties voor neurodegeneratieve ziekten. Inzicht in de werking van het brein kan in de toekomst ook leiden tot grote verbeteringen in het automatiseren van taken waarop de huidige generatie computers niet berekend is.

Bronnen www.facets-project.org

www.brainscales.eu Wikipedia

Meer informatie Wout van Wijngaarden

Figuur 2 e en wafer met neuromorfologische chips, bron Universiteit Heidelberg, FACETS-project.

[email protected]

TWA Duitsland 25 | Brains mean business

Singapore | Compacte structuur Singapore voordeel voor multidisciplinair onderzoek

Singapore Compacte structuur Singapore voordeel voor multidisciplinair onderzoek Gaby Offermans Samenvatting Eind 2010 werd de internationale conferentie Decade of the Mind voor het eerst in Azië georganiseerd. Singapore was gastland. Dat is begrijpelijk gezien de vele onderzoeksgroepen die hier op dit gebied actief zijn. Het thema hersenen en cognitie maakt onderdeel uit van het BioMedical Sciences Initiative uit 2000. Op het raakvlak van biomedische wetenschap en technologie wordt nauw samengewerkt met artsen aan concrete oplossingen voor gezondheidszorg, onderwijs en defensie.

De afgelopen decennia heeft onderzoek op het gebied van hersenen en cognitie wereldwijd een enorme ontwikkeling doorgemaakt. Nieuwe technologieën volgen elkaar nog steeds in hoog tempo op en zullen hun stempel drukken op gezondheidszorg, onderwijs, industrie en defensie. Deze toename in begrip van de fundamentele werking van de geest en hersenen zien we terug in Amerika, Europa en Azië. Zo startte de Singaporese overheid ruim tien jaar geleden het Biomedical Sciences Initiative (BMS). Dit initiatief was een eerste stap om de biomedische wetenschap tot één van de pilaren van de Singaporese economie te maken. In de eerste vijf jaar richtte het BMS-I zich met name op het aantrekken van farmaceutische industrie en het creëren van een sterke onderzoeksbasis. De volgende vijf jaar richtte het BMS-II zich op het verder versterken van translationeel en klinisch onderzoek. In samenwerking met de National Research Foundation (NRF) werd het Translational and Clinical Research Flagship Programme (TCR) opgezet. Dit vijf jaar durende programma met een totaal budget van S$ 125 miljoen had als doel om Singapore op vijf strategische gebieden internationaal een toonaangevende positie te geven. Dit leidde in 2008 tot de oprichting van de TCR Neurowetenschap.

Bevorderen kenniseconomie Fase 3 van het BMS (2011 – 2015) is recentelijk gestart en richt zich op de integratie van kennis en vaardigheden over de verschillende disciplines

heen. Doel is om op deze manier de economische en gezondheidsimpact de komende vijf jaar nog groter te maken. Singapore wil daarnaast het publiek gefinancierde onderzoek beter laten aansluiten op de behoefte van de industrie en de industrie een groter aandeel in het onderzoek te laten financieren. In totaal trekt de Singaporese overheid S$ 3.7 miljard uit voor deze fase van het initiatief. Dat is 12% meer dan in de voorgaande periode; een duidelijk signaal dat Singapore de biomedische sector nog steeds hoge prioriteit geeft. De overheidsorganisaties die verantwoordelijk zijn voor de uitvoering van het BMS vallen onder het Ministerie van Handel en Industrie en het Ministerie van Gezondheidszorg. Het Agency for Science, Technology And Research (A*STAR) heeft als doel het opbouwen van Singapore’s onderzoekscapaciteit als basis voor de kenniseconomie. De National Medical Research Council (NMRC), draagt haar steentje bij door translationeel en klinisch onderzoek te financieren. Daarnaast is ook de Economic Development Board (EDB) betrokken bij het aantrekken van buitenlandse bedrijven en het promoten van Singapore als ‘business hub’ in de biomedische sector.

Groeisector Neurotechnologisch onderzoek sluit aan bij het MedTech Initiative dat in 2007 startte onder het BMS. Medische technologie is één van Singapore’s



snelst groeiende sectoren. Momenteel bedraagt de omzet meer dan S$3 miljard en vinden achtduizend mensen werk in de sector. Het beleid van voortbouwen op bestaande technologische en biomedische capaciteiten en het verder ontwikkelen daarvan in een klinische omgeving zorgen voor verdere groei. Ook op het gebied van neurowetenschap en psychologie lopen meerdere onderzoeksprojecten. Het Singapore TCR Programma op het gebied van Psychose onderzoekt nieuwe behandelmethoden voor psychische aandoeningen. Men richt zich daarbij op het zoeken naar markers, die vroegdiagnose mogelijk maken zodat behandeling in een eerder stadium kan starten. Singapore zet zich internationaal op de kaart op het gebied van hersenen en cognitie. In oktober 2010 werd de internationale conferentie Decade of the Mind georganiseerd. Het initiatief hiervoor startte in 2007 als een nationaal Amerikaans onderzoeksinitiatief om meer begrip te krijgen voor de processen in onze hersenen. In 2009 vond de eerste internationale conferentie plaats in Berlijn. De editie van 2010 in Singapore vond plaats in Fusionopolis, de plek waar biologische en technische wetenschap samenkomen. Er waren nationale en internationale sprekers op het gebied van neurowetenschap en psychologie aanwezig. Binnen het thema neurotechnologie werd gesproken over onderwerpen op het gebied van Brain Computer Interface (BCI) en robotica.

A*Star instituten actief Een groot deel van het publiek gefinancierd onderzoek op het gebied van hersenen en cognitie vindt plaats binnen A*STAR. Vanwege het multidisciplinaire karakter vindt dit onderzoek plaats bij de Biomedical Research Council (BMRC) én de Science & Engineering Research Council (SERC). Het Singapore Immunology Network (SIgN) doet onderzoek naar immunologie, in het bijzonder ontstekingsreacties. In oktober 2010 bereikten onderzoekers van SigN een doorbraak in hun onderzoek naar de oorsprong van microglia. De resultaten maken nieuwe strategieën mogelijk om microglia te bewerken, wat tot nieuwe behandelingen in de hersenimmunologie kan leiden.

Binnen het Singapore Bio-imaging Consortium (SBIC) focust het Biomedical Imaging Lab op neuro-imaging met expertise op het gebied van anatomische en functionele atlassen en toepassingen. Deze onderzoeksgroep heeft negen hersenatlassen ontwikkeld die wereldwijd gebruikt worden voor neurochirurgie, brainmapping, neuroradiologie en onderwijs. De hersenatlas wordt gedistribueerd door Thieme en is wereldwijd gelicentieerd aan bedrijven en onderzoeksinstituten, waaronder Medtronic (VS), BRAINlab en Philips Medical Research (Duitsland) en ETH Zürich (Zwitserland).

Op korte termijn start een nieuw project dat als doel heeft om een draadloos, volledig implanteerbaar microsysteem te ontwikkelen dat een robotarm kan aansturen. Het Institute for InfoComm Research I2R doet onderzoek op het gebied van Brain Computer Interface (BCI). Bij het instituut werken ongeveer 550 onderzoekers in verschillende afdelingen. Daarnaast werkt het instituut aan interdisciplinaire programma’s. Het programma INSPECH ontwikkelt intelligente systemen voor persoonsgebonden gezondheidszorg om de kwaliteit van diagnose, monitoring, behandeling en revalidatie te verbeteren. Het instituut werkt samen met ziekenhuizen in Singapore om hun bevindingen te valideren in een klinische omgeving. Projecten binnen dit programma variëren van ADHD-behandeling tot revalidatie na een beroerte en monitoring van epileptische aanvallen. Onder leiding van Dr. Guan Cuantai won het instituut vorig jaar de International Annual BCI Award in de Verenigde Staten voor zijn project “Motor imagery-based BCI robotic rehabilitation 27 | Brains mean business

Figuur 1 Bron: A*STAR Biomedical Imaging Lab - hersenatlas

for stroke”. In dit project werd samengewerkt met artsen van het Tan Tock Seng Ziekenhuis en met het National Neuroscience Institute. Inmiddels is het team gestart met de tweede fase van het project, revalidatie van de hand na een beroerte. Binnen het programma wordt ook samengewerkt met het A*Star Insititute of Micro Electronics (IME). Op korte termijn start een nieuw project dat als doel heeft om een draadloos, volledig implanteerbaar microsysteem te ontwikkelen dat een robotarm kan aansturen. Binnen het Instituut voor High Performance Computing werkt de groep Computational Social Cognition aan het bouwen van computermodellen om de relatie tussen sociale en cognitieve processen met betrekking tot gedrag te onderzoeken. De groep bestaat uit een multidisciplinair team van onderzoekers op het gebied van onder andere cognitieve en sociale psychologie, computerwetenschap, kunstmatige intelligentie en robotica. In november 2009 startte A*STAR het Biomedical Engineering Programme (BEP) in samenwerking met het Center for Integration of Medicine and Innovative Technology (CIMIT) uit Boston. Dit programma brengt onderzoekers, technologen en artsen samen om nieuwe ideeën en ontwerpen te vertalen naar praktische en kosteneffectieve oplossingen binnen de gezondheidszorg.

Onderzoek bij Universiteiten Singapore telt twee universiteiten waar verschillende vakgroepen onderzoek doen op het gebied vanhersenen en cognitie: de


National University of Singapore (NUS) en de Nanyang Technological

University (NTU). Het Cognitive Science Programme (CSP) bij de Temasek Laboratories aan de NUS is een onderzoeksprogramma op het raakvlak van cognitieve, neuro- en computerwetenschappen dat gericht is op militaire toepassingen. NUS werkt hierin samen met universiteiten, A*Star en industrie. Hoofd van het CSP, Dr. Kenneth Kwok, ziet met name voordelen in het reduceren van trainingstijd, gebruik van onbemande technologie via non invasieve Brain Computer Interfaces en mogelijk ook in verbetering van de cognitieve prestaties van soldaten. Het Neurosensors Lab binnen de Faculty of Engineering aan de NUS onderzoekt en ontwikkelt onder leiding van Dr. Xiaoping Li verschillende monitoringsystemen voor het menselijk brein. Daarbij onderzoekt het team sensoren, circuits en signaalverwerkingsystemen. De onderzoekers richten zich in eerste instantie op toepassingen zoals het meten van mentale vermoeidheid, monitoring van aandacht, detectie van black out of negatieve emoties. Professor Chee Yam San, werkzaam bij het Learning Sciences Lab van het National Institute for Learning aan de NTU onderzoekt de relatie tussen onderwijs en leren met behulp van serious games. Gebruikmakend van neurowetenschap en -technologie onderzoekt hij hoe computeren videospellen kunnen bijdragen aan pedagogisch verantwoordde leerconcepten. Het programma Neuroscience and Behavioral Disorders (NBD) bij de DukeNUS voert onderzoek uit op het gebied van cognitieve neurowetenschap, psychiatrische ziektebeelden en de ontwikkeling van neurobiologie. Samen met A*Star heeft het NBD in 2007 een onderzoeksprogramma opgezet op het gebied van Neurowetenschap. Dit Neuroscience Research Partnership (NRP) is opgezet om het onderzoek van A*Star beter af te kunnen stemmen binnen een klinische omgeving. Op deze manier heeft men in Singapore een kritische massa van wetenschappers bij elkaar gebracht die onderzoek en onderwijs op het gebied van de neurowetenschap naar een hoger niveau

heeft getild. Het National Neuroscience Institute (NNI) is Singapore’s nationale specialistencentrum voor patiënten met problemen aan het zenuwstelsel. Het NNI beschikt over uitgebreide onderzoeksfaciliteiten en werkt hierin samen met A*star-instituten en de universiteiten. De uitgebreide patiëntenkring maakt het NNI tot een ideale organisatie om klinisch onderzoek te coördineren.

Multidisciplinaire samenwerking Hersenen en cognitie vormen een belangrijk onderzoeksgebied binnen het BioMedical Sciences Initiative. De voordelen die kennisvermeerdering op dit vlak brengt voor gebieden als gezondheidszorg, onderwijs, industrie en defensie leiden tot een groeiende belangstelling voor dit onderwerp binnen de verschillende onderzoeksinstituten in Singapore. De compacte structuur en onderlinge verbondenheid van de onderzoeksinstituten in Singapore lenen zich bij uitstek voor interdisciplinair onderzoek op het gebied van hersenen en cognitie. Uit diverse gesprekken met onderzoekers uit Singapore blijkt dat er goed wordt samengewerkt in multidisciplinaire teams. Er hebben zich verschillende consortia gevormd tussen de instituten, waarbij ook de ziekenhuizen zich hebben aangesloten. Dit verbetert de weg naar klinische toepassingen. Singapore staat open voor internationale samenwerking en heeft zich ook internationaal op de kaart gezet door de organisatie van de conferentie Decade of the Mind.

Bronnen 1. BioMedical Sciences Initiative Phase 3: http://www.a-star.edu.sg/Media/News/ PressReleases/tabid/828/articleType/ ArticleView/articleId/1359/Default.aspx 2. Medtech Initiative: http://www.a-star.edu.sg/ MedTechInitiatives/tabid/1032/ Default.aspx 3. TCR Neuroscience: http://www.neurosciencetcr.com.sg/ index.aspx 4. Decade of the Mind Conference oktober 2010 Singapore:

http://dom-6.org/ 5. A*Star: http://www.a-star.edu.sg/ 6. Singapore Immunology Network (SIgN): http://www.sign.a-star.edu.sg/files/ PR_101027.pdf 7. Biomedical Imaging Lab: http://www.sbic.a-star.edu.sg/research/ bil/index.php 8. Hersenatlassen: http://www.cerefy.com/index.jsp 9. Institute for Infocomm: http://www.i2r.a-star.edu.sg/About_Us.html 10. BCI Award: http://www.i2r.a-star.edu.sg/files/ documents/242/release-bci-award.pdf 11. Instituut voor High Performance Computing: http://www.ihpc.a-star.edu.sg/about.php 12. NUS Temasek Laboratories: www.temasek-lab.nus.edu.sg/ 13. NUS Neurosensors LAB: http://serve.me.nus.edu.sg/neurosensors/ 14. NTU Learning Sciences Lab: http://www.nie.edu.sg/research-centres/ learning-sciences-lab 15. Neuroscience and Behavioral Disorders (NBD) Programma:

http://www.duke-nus.edu.sg/web/ research_signature_research_programs_ neuro.htm 16. Neuroscience Research Partnership (NRP): http://www.nrp.a-star.edu.sg/ 17. National Neuroscience Institute (NNI): http://www.nni.com.sg/

Meer informatie Gaby Offermans

Figuur 1 Bron: A*STAR Biomedical Imaging Lab - hersenatlas

[email protected]

TWA Singapore


Japan | Opkomst van Japanse neurotechnologieën

Japan Opkomst van Japanse neurotechnologieën Daan Archer Samenvatting Sinds eind jaren negentig zijn de neurowetenschappen prioriteit in het hypervergrijzende Japan. Aanvankelijk waren de programma’s gericht op conventioneel cellulair en moleculair hersenonderzoek. Enkele jaren geleden verschoof de aandacht naar toepassingsgericht multidisciplinair onderzoek voor onder meer biomedische engineering en hersen-machine-interactie. Met de komst van het nieuwe wetenschaps- en technologie basisplan dit jaar zet deze verschuiving door. Maatschappelijke noodzaak staat aan de basis.

In 1997 werd het RIKEN Brain Science Institute (BSI), Japans grootste instituut voor hersenonderzoek, opgericht net boven Tokio. Volgens ingewijden uit de opstartfase was de oorspronkelijke opzet van zowel RIKEN BSI als de gehele Japanse neurowetenschappen fundamenteel bottom-up onderzoek voor een periode van twintig jaar. Maar met de verder toenemende vergrijzing nam de maatschappelijke vraag naar concrete toepassingen al binnen enkele jaren snel toe. Om hieraan tegemoet te komen lanceerde het Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT) in 2008 het Strategic Research Program for Brain Sciences (SRPBS). Belangrijk onderdeel hiervan was de ontwikkeling van toepassingen van hersen-machine-interactie. Dit jaar april trad het vierde ‘Science and Technology Basic Plan’ in werking met een looptijd van vijf jaar. Grote verandering hierbij is de keuze voor twee hoofdspeerpunten met toegepaste doelen, de zogenaamde ‘Life Innovations’ en ‘Green Innovations’ [1]. De levensinnovaties in deze R&D-leidraad voor de gehele Japanse overheid richten zich de komende jaren op regeneratieve gezondheidszorg, translationeel onderzoek, ‘levens-ondersteunende technologieën voor bejaarden en gehandicapten’, innovatieve diagnostiek en behandelingsmethoden. MEXT subsidieert hierbij in de eerste plaats onderzoek naar regeneratieve gezondheidszorg op basis van translationeel en klinisch onderzoek van iPS-stamcellen. Op een belangrijke tweede plaats komt de bestrijding van neurologische en psychiatrische aandoeningen. Hieronder volgen enkele voorbeelden van neurotechnologische toepassingen. De meeste zijn nog in ontwikkeling, maar enkele zijn al op de markt.

Hersen-machine-interactie Eind maart 2009 presenteerden Japanse onderzoekers een sterk staaltje hersen-machine-interactie (BMI). Enkel met zijn gedachten bestuurde een werknemer van Honda de befaamde humanoïde robot Asimo. De gebruikte hybride technologie van elektro-encefalografie (EEG) en nabij-infrarood spectroscopie (NIRS) was ontwikkeld door Shimadzu, de befaamde producent van massaspectrometrie en medische beeldvorming in samenwerking met onderzoekers van het Advanced Telecommunications Research Institute (ATR), respectievelijk gelegen in en nabij Kyoto. De mentale aansturing was nog beperkt tot vier relatief simpele bewegingen maar kende een precisie van negentig procent in de analyse van de hersensignalen, destijds uniek in de wereld. Deze prestatie was een stevige boost voor de Japanse hersen-machine wetenschappen [2]. Dr. Mitsuo Kawato, directeur van de ATR Brain Information Communication Research Laboratory Group, is de leider van het multidisciplinaire BMI-onderdeel binnen het SPRBS-programma. Over de NIRS-technologie [3] is hij zeer te spreken. Kawato: “Mobiele en flexibele hersenmetingtechnologieën zoals NIRS en EEG zijn uitermate geschikt voor gebruik in revalidatieklinieken waar MRI en MEG geen optie zijn. Samen met onze onderzoekspartners werken we aan NIRS-EEGmetingen tijdens revalidatie van patiënten met



Figuur 1 Honda-Shimadzu-ATR BMI-presentatie, April 2009. Bron: Honda

een herseninfarct.” Al in 2003 pleitte Kawato bij de Japanse overheid voor een groot BMI-programma. Hij is dan ook zeer positief over het SRPBS-programma: “Dit is een uniek programma. Bij het gehele BMIsubprogramma zijn twaalf universiteiten, vier nationale instituten en twee NIRSproducenten, Hitachi en Shimadzu, nauw betrokken. De grotere BMI-projecten lopen vijf jaar en enkele kleinere subprojecten drie jaar. Eind 2012 gaan we het gehele programma evalueren.” (Voor aanvullende informatie, zie het eerdere interview met Dr. Kawato uit april 2009 [2].)

Invasieve BMI In een vervolgproject op het gebied van invasieve BMI werkt Kawato samen met Prof.dr. Toshiki Yoshimine, voorzitter van de neurochirurgische afdeling van het Universitair Medisch Centrum in Osaka. Zij werken aan een draadloos invasief BMI-systeem bestaande uit electrocorticografische ECoG-sensoren die direct op de hersenen geplaatst worden om de elektrische activiteit van de hersenschors te meten. Yoshimine werkt al sinds 1995 met invasieve elektrodes en sinds zes jaar richt hij zijn werk op toepassingen, zoals het aansturen van prothesen. Tijdens een recente ontmoeting gaf hij verdere uitleg. Yoshimine: “Ons uiteinde-

lijke doel is dat invalide patiënten met ALS, ruggenmergletsel of ernstige herseninfarcten met enkel hun gedachten robotarmen of prothesen aankunnen sturen, om bijvoorbeeld zelfstandig te kunnen eten. Een andere toepassing die we onderzoeken is de therapeutische werking van invasieveBMI bij zogeheten ‘fantoompijnen’.” Voor de ontwikkeling van zowel de BMI-kennis, hard- en software werkt Yoshimine met meerdere partners samen. Yoshimine: “Met de onderzoekers van ATR ontwikkelen we betere hersen-machine-controle van robotarmen, handen en vingers. Eerst onderzoeken we dit niet-invasief met MEG, daarna met ECoG’s. Samen met de lokale industrie in Osaka en Hiroshima werken we aan de hardware voor een draadloos BMI-systeem, zoals chips, draadloze batterijen en draadloze communicatie voor de ECoG’s. Onlangs hebben we tevens een patent aangevraagd voor een nieuw systeem van elektrodes die beter aansluiten op de vorm van het brein.” Van de losse onderdelen zijn inmiddels drie prototypen gemaakt en getest. Vanaf maart 2011 wordt voor een periode van twee jaar een volledig werkende prototype getest. Het streven is om over drie jaar een operationeel systeem te hebben dat voor minimaal vijf jaar, geïmplanteerd kan worden. Prof. Takashi Fujikado, tevens werkzaam in 30 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

het UMC van Osaka, werkt aan kunstmatige retina-implantaten. Dit zijn minuscule twee-dimensionale rasters van negen elektroden die aan het zijkant op het oog geplaatst worden. Deze toepassing is voornamelijk bedoeld voor patiënten die op oudere leeftijd lijden aan retinitis pigmentosa, een oogziekte waarbij de retina beschadigd en de oorzaak is van eenderde van alle Japanners die blind worden. Sinds 2001 werkt Fujikado aan zijn technologie en heeft deze sinds 2006 met succes getest op zes patiënten. Tijdens een interview legde Fujikado de werking van het systeem uit: “Activatie van de elektrodes, bijvoorbeeld door het zien van contouren tussen verschillende objecten, resulteert in abstracte en primaire visuele informatie die door de functionerende zenuwen in het oog naar de visuele cortex achterin het brein gestuurd worden. Het resultaat is dat de patiënt de basis lijnen en contouren van het object voor zich ziet’.” Fujikado voegt hier meteen aan toe dat de huidige generaties van kunstmatige retina’s nog niet perfect zijn maar veel potentie bieden. Fujikado: “Voor de volgende fase hebben twee raster van 2x49 elektrodes ontwikkeld. Die gaan we de komende tijd testen. Voor de fase daarna pogen we door middel van grijstinten tevens diepte aan te brengen.”


Puzzelende oma’s Cognitief psychologen pleitten al decennia lang voor blijvende mentale training, zeker op oudere leeftijd. Puzzelen is een ideale activiteit om ons hoger cognitief vermogen intact te houden, of in ieder geval onze onvermijdelijke mentale aftakeling te vertragen. Prof. Ryuta Kawashima van de universiteit van Tohoku, ten noordoosten van Japan, valoriseert deze kennis sinds 2005 zeer succesvol naar de zogeheten “Dr. Kawashima’s Brain Training: How Old Is Your Brain?”-spellen, wereldwijd uitgegeven door Nintendo, de games producent uit Kyoto. De spellen zijn eenvoudig puzzelspellen en zijn bedoeld om vaak te spellen. Er zijn verschillende opties. Tijdens de hersenleeftijdstest krijgt de speler drie oefeningen voorgeschoteld om zijn of haar hersenleeftijd te bepalen. Tijdens de trainingsessie kan de speler kiezen uit negen oefeningen.

De mentale aansturing kende een precisie van negentig procent in de analyse van de hersensignalen

Figuur 2 Illustratie van draadloos invasieve BMI. Bron: Osaka University

De interactieve hersengymnastiek van Prof. Kawashima is sinds kort ook verkrijgbaar op de Xbox Kinect onder de titel “Dr Kawashima’s Body And Brain Exercises”. Kawashima voegt hiermee het gehele lichaam toe als controller onder het motto “een gezonde geest in een actief lichaam”. Binnen het SRPBS-programma is tevens aandacht voor gaming, maar dan in combinatie met niet-invasieve BMI. Onderzoekers van Keio University in Tokio hebben met succes mentale aansturing ontwikkelt voor “Avatars” (digitale 3D-personages) in virtuele werelden zoals “Second Life”. Deze kennis moet in een later stadium overgezet worden naar BMI-aansturing van prothesen. Neurofarmacie en -regeneratieve therapie De Japanse bevolking vergrijst in rap tempo en momenteel is een op de vijf Japanners boven de 65. Naar verwachting



Figuur 3 I llustratie en X-ray van kunstmatige retina. Bron: Osaka University


Land | Artikel naam

stijgt dit aantal in de komende decennia naar een op drie en zal in 2050 bijna veertig procent van de Japanners bejaard zijn [4]. Vervolgens staat Japan bekend om het enorm hoge aantal zelfmoorden, vorig jaar waren dit er wederom meer dan dertigduizend. Daarbij zijn naar schatting 2.7 miljoen Japanners depressief. In totaal zijn dit vele arbeidsplaatsen die niet opgevuld worden of extra ziektekosten met zich meebrengen. Zodoende gaat in het nieuwe vijfjarige S&T-basisplan dan ook speciale aandacht uit naar preventieve gezondheidzorg, translationeel onderzoek op basis van iPS-stamcellen, bestrijding van depressies, de ziektes van Alzheimer en Parkinson, evenals ADHD onder kinderen. De ingrijpende demografische veranderingen creëren een sterk opkomende neurofarmaceutische markt. In 2008 groeide de mondiale neurofarmaceutische markt met bijna tien procent en behoorden medicijnen tegen pijn, psychoses, epilepsie en depressie tot de best verkochte medicijnen [5]. Met betrekking tot het centrale zenuwstelsel, van hersenen tot ruggenmerg, werken Japanse farmaceuten ondermeer aan medicijnen tegen neurodegeneratieve ziekten als dementie, Alzheimer en Parkinson’s, en psychiatrische aandoeningen als schizofrenie en depressie. Naast conventionele medicijnen werkt de Japanse industrie aan regeneratieve medicijnen op basis van iPS-stamcellen. Hierin wordt zij bijgestaan door JPMA, de Japan Pharmaceutical Manufacturers Association, vertegenwoordiger van de R&D-georiënteerde farmaceutische industrie in Japan [6]. Onlangs spraken we in Tokio met Dr. Kazuichi Nakamura, voorzitter van het JPMA Drugs Evaluatie Committee, over de industriële interesse voor iPS-stamcellen. Dr. Nakamura, eveneens werkzaam bij de Japanse

Figuur 4 Screenshot “Dr Kawashima’s Body And Brain Exercises”. Bron: Xbox

farmaceut Shionogi: “Het ontwikkelen van medicijnen is een zeer langzaam en zorgvuldig proces. Van alle medicijnen die in ontwikkeling zijn, geraakt slecht 0,0001% in de apotheek. Niet zelden wordt de ontwikkeling van medicijnen gestopt bij de veiligheidstesten wegens onvoorziene en schadelijke bijeffecten.” Desondanks volgt de Japanse industrie vol spanning de revolutionaire ontwikkelingen op het gebied van iPS-stamcellen. Dr. Nakamura licht toe: “De farmacologie is gebaat bij iPS-technologie. Zo kunnen met behulp van iPS-technieken de toxicologische bijeffecten van nieuwe medicijnen beter voorspeld worden. Maar is er nog een lange weg te gaan. Ziektemodellen in dieren, toxiciteitsonderzoek en vooral standaardisatie moeten eerst ontwikkeld worden. Nu ontwikkelt iedereen nog zijn of haar eigen cellijnen. De belangrijke volgende stap voor de industrie is de standaardisatie van iPS-cellen.”

Bronnen en meer informatie 1a Ontmoeting bij het Cabinet Office, Januari 2011 1b Japans 4de vijfjarenplan voor wetenschap en technologie in voorbereiding, TWA-artikel:

http://www.twanetwerk.nl/default. ashx?DocumentId=14270 2 Japanse hersenonderzoekers leren van robots, TWA-artikel. Zie verderop in deze uitgave.

3 Optische topografie/NIRS, TWA-artikel. Zie verderop in deze uitgave.

4 Population Statistics of Japan, Ministry of Internal Affairs:

http://www.stat.go.jp/english/data/ handbook/c02cont.htm 5 The Neurotechnology Industry 2009 Report, door de Neurotechnology Industry Organization (NIO)

http://www.neuroinsights.com/marketreports/marketreport2009.html 6 Japan Pharmaceutical Manufacturers Association:

http://www.jpma.or.jp/english/

Meer informatie Daan Archer

[email protected]

TWA Japan


Japan | Japanse hersenonderzoekers leren van robots

Japanse hersenonderzoekers leren van robots Daan Archer Samenvatting Een sterk staaltje brein-machine interactie: enkel met zijn gedachten bestuurde een werknemer van Honda in 2009 de humanoïde robot Asimo. Hiervoor is een gecombineerde technologie van elektro- encefalografie (EEG) en nabij-infrarood spectroscopie (NIRS) ontwikkeld. De mentale aansturing was nog beperkt tot vier bewegingen, maar kende een precisie van negentig procent bij het analyseren van de hersensignalen.

Dr. Mitsuo Kawato is zowel neurowetenschapper als robotica-expert. Hij ziet robots als een ideaal hulpmiddel om het menselijk brein te onderzoeken. Sinds 2003 is hij de directeur van ATR Computational Neuroscience Laboratories in Kyoto en geeft hij hier leiding aan bijna zestig robotica-, neuro- en BMI (brein-machine interface)-wetenschappers (1). Zijn onderzoeksgroep werkt samen met meerdere bedrijven en universiteiten. Zo werkt Kawato al vijftien jaar samen met het nabij gelegen Shimadzu, beroemd producent van onder meer instrumenten voor medische beeldvorming. Voor het recente project met Asimo (2) ontwikkelden Kawato en Shimadzu samen ‘s werelds eerste hybride technologie van elektro-encefalografie (EEG) (3) en nabij-infrarood spectroscopie (NIRS) (4). EEG-elektroden op de schedel meten de elektrische activiteit aan de buitenrand van het brein, veroorzaakt door signalen van zenuwcellen in het brein. Eveneens van buitenaf registreert de NIRS-spectroscoop neurale activiteit aan de rand van het brein. NIRS registreert spontane activiteit in bepaalde hersengebieden aan de hand van verandering van de hemoglobinewaarde in het bloed in de actieve gebieden. Hiermee kan NIRS hersenfuncties zoals visuele, auditieve en motorische activiteit registreren. Shimadzu ontwikkelde de hardware, Kawato de kennis en software voor analyse van de gecombineerde hersensignalen. In het uiteindelijke systeem is het mentaal verbeelden van een fysieke beweging voldoende om Asimo dezelfde beweging te laten maken. Voordelen van het huidige niet-invasieve EEGNIRS-systeem zijn het compacte formaat, het relatief geringe gewicht en de belofte van mogelijke mobiliteit. De keerzijde is de beperkte diepte waarop het systeem in het brein kan ‘lezen’. Momenteel registreert de technologie alleen

hersenactiviteit tot enkele centimeters onder de schedel. De ‘mentale robotbestuurder’ kan hierdoor vier bewegingen van Asimo aansturen.

Het brein analyseren door te bouwen “Vijf tot tien jaar geleden liep Japan met BMIonderzoek achter op de Verenigde Staten. De Japanse overheid stond destijds al voor het probleem van de naderende vergrijzende samenleving en de noodzaak om oplossingen en therapieën te ontwikkelen voor neurologische aandoeningen,” vertelt Kawato tijdens een interview in Tokio. “De overheid zag BMI als potentieel hulpmiddel. Het dilemma was: wachten we op techniek uit de VS of ontwikkelen we deze zelf?” Eind jaren negentig startte de Japanse overheid stimuleringsbeleid voor neurowetenschappen. In 2003 pleitte Kawato samen met Sony en Honda bij de Japanse overheid voor een forse toename van de publieke investeringen voor robotica- en hersenonderzoek.

We gaan nu een stap verder en plaatsen ECoGsensoren tussen de schedel en het brein van patiënten. Kawato: “Mijn streven is om de werking van ons brein te analyseren door robots te bouwen. Hierdoor krijgen we inzicht in hoe we denken, beslissingen nemen en omgaan met de wereld. Daarnaast moeten we onderzoek naar robotica en BMI combineren om herseninfarcten, partiële verlammingen en neurologische afwijkingen te analyseren en te behandelen.” Volgens Tomoko



Figuur 1 H et menselijk brein stuurt de robot aan. Samenwerking tussen Honda, ATR en Shimadzu. (Bron: Honda, 2009).

Ikuta, adjunct-directeur van de life-sciences afdeling van het Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology (MEXT), resulteerde het stimuleringsbeleid vooral in de oprichting van het inmiddels befaamde RIKEN Brain Science Institute (5) bij Tokio. Ikuta: “In 2008 kreeg BMI in een nieuw vijfjarenplan voor hersenonderzoek een aanzienlijke positie. Voorheen richtte hersenonderzoek zich weinig op interdisciplinaire aansluitingen, nu juist wel onder andere dankzij een fusie met biomedical engineering.”

Onderwijzen is leren Mitsuo Kawato heeft de afgelopen jaren baanbrekende onderzoeken verwezenlijkt. In 2005 begon de eerste BMIsamenwerking met Honda. Het doel was de

handbeweging van de mens na te bootsen met een robothand. Een proefpersoon in een Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)(6) maakte papier-steenschaar-bewegingen. Daarna simuleerde de robothand deze beweging perfect. In 2008 werden de rollen omgedraaid. Bij Duke University in de Verenigde Staten liep een aap op een lopende band. 250 tot 300 elektroden in zijn brein registreerden de hersenactiviteit en stuurden deze real-time via internet naar Kyoto. Daar liep een humanoïde robot op een lopende band en simuleerde de loopbewegingen van de aap. De aap in de VS volgde de loopbewegingen van de robot via een TV-monitor. Na een uur lopen probeerden de onderzoekers in de VS het volgende: men stopte de loopband van de aap. Wat zou de aap 35 | Brains mean business

doen? Tot ieders verbazing bleef de robot in Japan lopen. De aap slaagde erin om drie minuten lang de loopbewegingen van de robot mentaal aan te blijven sturen zonder zelf te bewegen. Om de looptaken te kunnen verrichten moest de robot meerdere fysieke taken leren. Zo kan deze robot balanceren, jongleren en een gegooide bal detecteren om deze met een honkbalknuppel weg te slaan.

Mobiele BMI Kawato adviseert de Japanse overheid op het gebied van hersenonderzoek en robotica. Inmiddels is hij door MEXT benoemd tot projectleider van het huidige vijfjarige BMI-overheidsprogramma (7). Binnen dit programma werkt Kawato samen met enkele Japanse universiteiten


en wederom Shimadzu. Kawato: “We gaan nu een stap verder en plaatsen ECoGsensoren tussen de schedel en het brein van patiënten. Via een draadloze verbinding verzenden de sensoren de geregistreerde informatie naar een draagbaar, mobiel systeem dat iemand op de heup kan dragen. De sensoren krijgen stroom via inductie.” Als alles volgens plan verloopt dan is het mobiele systeem geschikt om neurale activiteit van patiënten te onderzoeken tijdens bewegingen. Dan kan de technologie ingezet worden voor analyse bij rehabilitatie van bijvoorbeeld verloren motorische functies, en wellicht zelfs als middel tijdens revalidatie. “Momenteel is de techniek al geïmplanteerd bij tien tot twintig patiënten in Osaka. De eerste resultaten zijn hoopgevend. De sensoren registreren verschillende motorische functies zoals elleboogbewegingen en papier-steen-schaarbewegingen met een precisie van negentig procent. Over vier jaar, aan het eind van het project, hopen we de techniek vervolmaakt te hebben.” Een andere mogelijke toepassing kan zijn om een verlamde hand, arm of been te activeren door middel van een prothese die over de ledemaat heen gaat of deze vervangt. Kawato en Ikuta hopen dat de technologie na gebleken succes binnen tien jaar van het onderzoekstraject naar daadwerkelijke toepassing kan gaan. Hiervoor is het noodzakelijk om het publiek in vroegtijdig te informeren en bij het onderzoek te

betrekken, beseffen ze. Kawato: “Binnen het project richten twee hoogleraren ethiek zich op de neuro-ethische aspecten van dit onderzoek en BMI in het algemeen. Belangrijk is dat we aan het publiek uitleggen wat we doen en waarom. Sinds de aanvang een jaar geleden hebben we al zes televisie-interviews gegeven.” Volgens Kawato is dit het eerste technisch-wetenschappelijke onderzoek in Japan waarbij ethici zo nauw betrokken zijn.

Toekomst De BMI-toepassingen voor aap, robot en mens staan nog maar aan het begin. De toekomst van BMI is sterk afhankelijk van verdere technologische ontwikkeling. Onderzoek van de afgelopen jaren maakt het mogelijk om meer en meer te ‘lezen’ uit het brein, zoals visuele waarneming van letters en eenvoudige gedachten. Een stap verder is analyse van gevoelens, bewustzijn en gecompliceerde emotionele condities. Tevens is het interessant te zien hoe nauw de industrie betrokken blijft. Honda, Shimadzu en ATR zijn in Japan in ieder geval niet de enige betrokken partijen. Toyota onderzoekt samen met het RIKEN Brain Science Institute hoe BMI de mens bij kan staan bij simpele taken. Net als concurrent Honda onderzoekt Toyota mogelijkheden voor onder meer het openen van deuren. Voor Honda en Shimadzu was de BMIpresentatie van Asimo succesvol. Kort na de presentatie in 2009 de aandelen Honda en Shimadzu.


Bronnen en meer informatie 1. ATR: http://www.cns.atr.jp/indexE.html 2. Honda Asimo: http://asimo.honda.com/ Asimo BMI video:

http://world.honda.com/news/ 2009/c090331Brain-MachineInterface-Technology/video/ 3. EEG: http://en.wikipedia.org/wiki/Eeg 4. NIRS: http://en.wikipedia.org/wiki/ Near_infrared_spectroscopy 5. RIKEN BSI: http://www.brain.riken.jp/ 6. fMRI: http://en.wikipedia.org/wiki/ Functional_magnetic_resonance_imaging 7. MEXT Brainprogram: http://brainprogram.mext.go.jp/ (Japans)

Meer informatie Daan Archer

[email protected]

TWA Japan

Japan |Land Optische | Artikel topografie/NIRS naam

Optische topografie/NIRS Paul op den Brouw Samenvatting Optische topografie of near-infrared spectroscopy (NIRS) neemt een hoge vlucht in Japan. Ziekenhuizen maken optische brainscans van patiënten met depressie, bipolaire stoornissen of schizofrenie. Tweederde van de publicaties over NIRS-onderzoek is momenteel afkomstig uit Japan. Hitachi en Shimadzu leveren de NIRS-apparatuur. De apparatuur dient steeds vaker niet alleen voor onderzoek, maar ook voor ondersteuning van diagnose en behandeling.

Plotseling is er in Japan enorme belangstelling voor near-infrared spectroscopy (NIRS) in de medische zorg. NIRS is het nieuwe hulpmiddel voor de diagnose van psychiatrische problemen, zoals depressies, bipolaire stoornissen en schizofrenie. Masato Fukuda, een neurowetenschapper en psychiater verbonden aan het academische ziekenhuis van Gunma Universiteit in Maebashi heeft met apparatuur van Hitachi Medical Corporation al meer dan duizend mensen onderzocht. Sinds 2009 is de NIRS-technologie goedgekeurd door het Japanse ministerie van volksgezondheid en wordt het gebruikt voor het stellen van psychiatrische diagnoses. Sinds 2009 hebben ruim driehonderd patiënten elk 13.000 yen, ruim 100 euro, betaald voor een dergelijk onderzoek. Ook Tokyo Universiteit is NIRS gaan aanbieden voor diagnostische neuro-imaging. De vraag steeg zo snel dat de universiteit al twee keer afspraken heeft moeten stoppen om de wachtlijst niet te groot te laten worden (1). De hoop op een snelle, heldere en eenduidige diagnose wekt vooral de belangstelling van patiënten. Mensen met psychiatrische problemen hebben vaak last van allerlei bijkomende problemen die een simpele diagnose bemoeilijken. Daardoor krijgen veel mensen de verkeerde diagnose. Volgens Fukuda zijn patiënten ook op zoek naar hardere indicaties over hun ziektebeeld, zodat zij op hun werk kunnen uitleggen waarom zij afwezig zijn. Een andere reden voor de toegenomen belangstelling is het groeiend aantal oudere patiënten als gevolg van de vergrijzing in Japan.

Medische beeldvorming Medische beeldvorming heeft de afgelopen jaren tot enorme vooruitgang geleid in de medische diagnostiek. Tegenwoordig is functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) de meest gebruikte technologie voor het afbeelden van hersenfuncties. fMRI meet de bloedcirculatie, metabolische veranderingen en allerlei functies van het neurale netwerk in de hersenen. Toch heeft deze techniek

ook nadelen. fMRI-machines zijn duur en patiënten moeten tijdens de meting vaak lange tijd stilliggen. Een snelle, goedkope en draagbare technologie zou de functionele beeldvorming sterk kunnen verbeteren. Japanse onderzoekers zijn dus naarstig op zoek naar nieuwe technologieën voor medische beeldvorming ter ondersteuning van diagnose en behandeling. Tweederde van alle publicaties over NIRS-onderzoek wordt momenteel geschreven door Japanners. Met NIRS lijken zij een belangrijke stap vooruit te zetten. Om vast te stellen waarom NIRS op dit moment zo’n groei doormaakt en zoveel belangstelling wekt, ging TWA op bezoek bij de twee Japanse leveranciers van NIRS-apparatuur, Hitachi en Shimadzu. In Tokio’s neurotech cluster is professor Hideaki Koizumi de grootste kenner van deze ontwikkeling. Hij is verbonden aan het Advanced Research Laboratory van Hitachi in het westen van Tokio. Hij heeft daar aan de wieg gestaan van de NIRS-ontwikkeling. Shimadzu is de tweede grote speler in Japan. Koiji Tanimizu is daar general manager van de klinische en biotech business unit en Shigeyuki Shibata is er manager van wetenschappelijke en industriële meetapparatuur.

Optische topografie Koizumi spreekt liever van ‘optische topografie’ dan van NIRS. Hij introduceert deze technologie door met rood licht op zijn hand te schijnen. De randen van zijn vingers en hand worden rood en half doorschijnend. Zo toont hij aan dat rood licht makkelijker het menselijk lichaam binnendringt dan licht van een andere kleur. Zichtbaar en infrarood licht vertonen een interactie met lichaamsweefsels door absorptie en reflectie. Hersenactiviteit is het gevolg van neuronen die elektrische signalen aan elkaar afgeven. Hiervoor is energie nodig, die in de vorm van glucose en



zuurstof wordt aangevoerd door het bloed. Zo ontstaan er veranderingen in de oxy- en deoxy-hemoglobine concentraties op de plaats van handeling. Bij optische topografie is hemoglobine het fysiologisch interessant molecuul omdat het nabij-infrarood licht kan absorberen. De concentraties van oxy- en deoxy-hemoglobine beïnvloeden de mate van transmissie en absorptie van het licht. De intensiteit van het gereflecteerde licht is een maat voor de hoeveelheid oxy- en deoxy-hemoglobine. Optische topografie maakt gebruikt van nabij-infrarood licht van 695 and 830 nm (zie figuur 1). Hiermee is het mogelijk om in de cortex, dus alleen in de bovenste laag van de hersenen, concentratieveranderingen in de hemoglobine te meten. Tevens kan het volume aan bloed gemeten worden. Lichamelijke activiteiten leiden plaatselijk in de hersenen snel tot dit soort veranderingen in het bloed. Door een proefpersoon een bepaalde taak te laten uitvoeren kan gemeten worden welke delen van de bovenste laag van de hersenen worden geactiveerd.

Meting De meting vindt plaats door met zwak infrarood licht van ongeveer 2 mWatt, afkomstig van een laserdiode, via een

optische vezel een bepaalde plek op de schedel van de patiënt te verlichten. Daar penetreert het licht tot een diepte van ongeveer 30 mm (zie figuur 2). Onderweg wordt het verstrooid door het hemoglobine in het bloed. Voor een deel wordt het licht gereflecteerd door de schedel, waar het wordt opgevangen door een sensor, die 30 mm verwijderd ligt van de plaats van het inkomend licht. Het zo opgevangen signaal bevat informatie over de hersenactiviteit. Het gereflecteerde signaal is honderd miljoen tot een miljard maal zwakker dan het oorspronkelijke signaal.

Met optische topografie hoopt Kasai het aantal verkeerde diagnoses bij schizofrenie te verminderen Dit licht wordt via optische vezels naar een zeer gevoelige fotodetector geleid, die het signaal samen met de signalen van andere sensoren omzet in een afbeelding. De

Figuur 1 A bsorptiespectrum van oxy- en deoxy-hemoglobine tussen 650 en 850 nm. Bron: Hitachi.


Figuur 2 Infraroodlichtpenetratie en -detectie (Bron: Hitachi)


volledige meting inclusief de verwerking van het signaal en de afbeelding verloopt binnen een tiende seconde. Elke tiende van een seconde kan er dus een nieuwe meting worden verricht, zodat real-time een tweedimensionaal plaatje ontstaat van wat zich afspeelt in zijn hersenen. De ‘topografie’ in optische topografie betreft de nauwkeurige positionering van het intredende licht en de plaatsing van detectiepunten voor het uitredende gereflecteerde licht. Zij worden opgesteld in een carré, waarin de onderlinge afstand tussen de posities ongeveer 30 mm is. Het punt halverwege een verlichtings- en detectiepunt wordt beschouwd als het gemeten punt (zie figuur 3). Het gehele systeem ziet er dan uit als in figuur 4.

Voordelen De voordelen van het nieuwe systeem in vergelijking met de bestaande technieken verklaren de grote belangstelling voor NIRS, aldus Koizumi. Allereerst is deze methode niet-invasief en worden er relatief weinig beperkingen opgelegd aan de patiënt tijdens de meting. Bij gebruik van andere technieken, zoals fMRI, PET, MEG of EEG mag de patiënt zich vaak nauwelijks bewegen. Vooral bij onderzoek aan kleine kinderen is optische topografie daarom handig. Verder kan NIRS ook gelijktijdig met deze andere technieken worden toegepast. In tabel 1 worden PET,

fMRI, MEG en optische topografie met elkaar vergeleken. Hitachi en ShimadzuHitachi heeft twee varianten van optische topografie-machines op de markt: de ETG-4000 en ETG 7100 (zie figuur 5). De ‘cap’ die op het hoofd geplaatst wordt heeft een groot aantal meetpunten. Inmiddels heeft het bedrijf een moderne cap gemaakt die meer op een motorhelm lijkt. Uit het TWA-bezoek aan Shimadzu blijkt dat het fNIRS-systeem, de FOIRE-3000, in nauwe samenwerking is ontstaan met Yoko Hoshi, directeur van het Integrated Neuroscience Research Team van het Tokyo Institute of Psychiatry, ook een vooraanstaande Japanse NIRSonderzoeker. In Japan zijn momenteel ruim negentig van deze apparaten in gebruik voor onderzoek. Hoshi gebruikt de Foire-3000 nu voor emotie-analyses en de cognitieve aspecten van oogbewegingen (zie figuur 6).

Kritiek en voortgang In Japan heeft NIRS een snelle ontwikkeling doorgemaakt; zeker in vergelijking met fMRI en andere technieken. NIRS mist de precisie en diepte van fMRI, maar zet daar lagere kosten en mobiliteit tegenover. Toch zijn veel wetenschappers ook in Japan nog niet echt overtuigd dat NIRS al geschikt is voor klinische toepassing. Daarvoor zijn er nog te weinig studies gedaan, aldus

Figuur 3 D e positionering van verlichtings-, detectie- en meetpunten in optische topografie. (Bron: Hitachi)

Figuur 4 Optisch topografisch systeem. (Bron: Hitachi).


Figuur 5 ETG-7100 meet hersenactiviteit van een patiënt. Bron: Hitachi (3)

Japan | Optische topografie/NIRS

Figuur 6 Foire-3000 van Shimadzu. Bron: Shimadzu (4).

Masahiko Haruno, als neurowetenschapper werkzaam bij Tamagawa Universiteit in Tokio. Ondertussen is onder leiding van professor Kiyoto Kasai (klinische neurowetenschap) van de Universiteit van Tokyo een onderzoek gaande naar de reactie van schizofreniepatiënten op hun medicatie. Via optische topografie heeft zijn groep vastgesteld dat wanneer patiënten tijdens een onderzoeksessie puzzels oplossen, de veranderingen in hun bloed kunnen worden gecorreleerd aan een bepaalde variant van catechol-O-methyltransferase (COMT). Elke patiënt heeft eigen variant van dit enzym. Het is betrokken bij het metabolisme van de neurotransmitter dopamine. Gebleken is dat schizofreniepa-

Imaging technologie / aspecten

tiënten met een relatief inactieve COMT op kleinere doses van hun medicijn reageren. Normaal gesproken wordt de diagnose schizofrenie gesteld tijdens een bezoek aan de specialist. Het bepalen van de ernst en de omvang van het medisch probleem is op deze manier niet erg eenvoudig. Met optische topografie hoopt Kasai het aantal verkeerde diagnoses te verminderen (5). Elders in Tokio wordt gewerkt aan het testen van optische topografie als meetmethode voor het bepalen of patiënten na een hersenbeschadiging weer in staat zijn auto te rijden. Bij Showa universiteit is een testopstelling gemaakt waar patiënten plaatsnemen voor een monitor die allerlei verkeerssituaties toont. Vervolgens wordt de hersenactiviteit van de patiënt vastge-

PET

fMRI

steld bij bepaalde verkeerssituaties, zoals plotseling overstekende voetgangers. Volgens professor Masaru Mimura is de test een maat voor de geschiktheid om weer auto te rijden. Ondanks de kritiek gaat het optisch topografisch onderzoek verder op de ingeslagen weg, op zoek naar serieuze ondersteuning van medische diagnoses en geavanceerde medisch behandelingen van patiënten.

MEG

Optische topografie

Belemmeringen voor de patiënt

Injectie of inhalatie van radioactieve stoffen; volledige rustpositie, plat op de rug of plat op de buik in tunnel tijdens meting

volledige rustpositie, plat op de rug of plat op de buik in tunnel; lawaai en geluid tijdens meting

Volledige rust tijdens meting

Zittend of achteroverleunend; kleine bewegingen toegestaan

Ruimtelijke resolutie

15 mm

2 mm

5-15 mm

20 mm

Dieptemeting in de hersenen

goed

goed

Matig - slecht

Buiten bereik

Object van meting

Tracers en metabolieten daarvan in bloed

Paramagnetisme van deoxy-hemoglobine

Magnetische flux van neuronenstroom

Lichtabsorptie door oxy- en deoxyhemoglobine

Tabel 1 Vergelijking van de verschillende brain imaging technologieën. (Bron: Hitachi (6))


Japan | Optische topografie/NIRS

Bronnen • David Cyranoski, Neuroscience: Thought experiment. Japanese hospitals are

Meer informatie Paul op den Brouw

[email protected]

using near-infrared imaging to help diagnose psychiatric disorders. But critics are not sure the

TWA Japan

technique is ready for the clinic, Nature, volume 469, 13 January 2011

http://www.themistsofavalon.net/ t1699-neuroscience-thought-experimentjapanese-hospitals-are-using-near-infraredimaging • First do no harm, Editorial, Nature, volume 469, 13 January 2011

http://www.nature.com/nature/journal/ v469/n7329/full/469132a.htm • Metingen met Hitachi’s ETG-7100 http://www.hitachi-medical.co.jp/product/ opt/index.html • Metingen met behulp van Shimadzu’s Foire-3000 http://www.an.shimadzu.co.jp/prt/nirs/ nirs_top.htm • Katsue Nagakura, Nikkei Weekly, February 15, 2010, Non-invasive measurement of blood flow sheds light on brain activity

http://e.nikkei.com/e/ac/20100215/TNW/ Nni20100215TC6BRAIN.htm?NSquery=noninvasive%20measurement • Principle of Optical Topography: http://www.hitachi-medical.co.jp/info/opt-e/


China | Hersenen en Cognitie – Perspectieven voor internationale samenwerking

China Hersenen en Cognitie – Perspectieven voor internationale samenwerking Jingmin Kan Samenvatting De neurowetenschappen profiteren van de enorme ‘boost’ die de Chinese overheid de wetenschappen geeft. De topinstituten bevinden zich vooral in Shanghai en Beijing, maar ook daarbuiten komt de ontwikkeling inmiddels op gang. Het resultaat is meetbaar aan de hand van sterk toegenomen kwantiteit en kwaliteit van de wetenschappelijke publicaties. Vooral op de nichemarkt van hoogwaardige meetinstrumenten voor neurowetenschappelijk onderzoek liggen kansen tot samenwerking voor Nederlandse partijen.

Na twee decennia van snelle economische groei wijdt China zich nu aan de wetenschap. De overheid heeft niet alleen ambitieuze plannen, maar investeert ook daadwerkelijk veel in zowel fundamenteel als toegepast onderzoek. Talloze instituten en science-parken zijn uit de grond gestampt en de subsidieprogramma’s groeien elk jaar gestaag toe. Talenten worden vanuit de hele wereld aangetrokken en getalenteerde studenten worden naar het buitenland gestuurd voor toponderwijs en -training. Dit is terug te zien in de vele wetenschappelijke publicaties van Chinese onderzoekers. Ook neurowetenschap heeft veel profijt van de ontwikkeling. Samenwerkingsprojecten tussen onderzoekers in China en laboratoria in westerse landen, waaronder Nederland, hebben geholpen om vorm te geven aan nieuwe instituten en hebben geresulteerd in toegenomen internationale erkenning.

Ontwikkelingen (Cognitieve) neurowetenschap is een relatief jong vakgebied binnen de exacte wetenschap. In China zijn binnen dit vakgebied de afgelopen twintig jaar veel ontwikkelingen op gang gekomen. Zo heeft de Chinese Academy of Science (CAS) in 1999 een Institute of Neuroscience (ION) in Shanghai opgericht met als doel een infrastructuur te creëren voor hoogwaardig wetenschappelijk onderzoek. Onder leiding van professor Mu-Ming

Poo is ION de afgelopen tien jaar uitgegroeid van 7 naar 24 laboratoria met onderzoeksactiviteiten op bijna alle gebieden binnen de neurowetenschappen. Het instituut heeft plannen om in de komende tien jaar verder uit te breiden naar 50 laboratoria in 2020, om daarmee het ‘steadystate’ te bereiken. In Beijing opende in 2004 het National Institute of Biological Sciences (NIBS) onder leiding van professor Xiaodong Wang. NIBS mocht in totaal 210 miljoen RMB investeren om binnen vijf jaar uit te groeien naar 31 laboratoria met activiteiten op bijna alle gebieden binnen de life sciences. NIBS heeft een zeer breed onderzoeksgebied; één van de belangrijkste focusgebieden is de neurowetenschap. Er zijn in Shanghai en Beijing nog veel meer neurowetenschappelijke instituten die zeer interessant onderzoek verrichten. Zo is er in Beijing een Institute of Biophysics van CAS. Binnen dit instituut is de National Laboratory of Brain & Cognitive Sciences gehuisvestigd. Hier vindt onderzoek plaats naar neurale mechanismen van complexe cognitie, perceptuele informatieverwerking, basisexpressie van visuele cognitie en disfunctioneren van cognitie. Daarnaast bestaat er binnen het National Laboratory een Center for Brain Mapping dat beschikt over een Siemens MAGNETOM TRIO 3T en MAGNETOM 7T MRI voor fMRI-studies binnen de cognitieve wetenschap.



Figuur 1 Siemens MAGNETOM 7T en testscan van kiwi, ui, dragonfruit, en een kip.



Behalve instituten onder het CAS-systeem zijn er ook top-onderzoekscentra binnen verschillende universiteiten, zoals het Institute of Neural Engineering binnen de prestigieuze Tsinghua University. Dit instituut doet onderzoek naar de verbinding tussen neurowetenschap en engineering. Onderzoeksgebieden zijn onder andere: Brain Computer Interface (BCI), informatie decodering van in vivo neurale netwerken, functionele beeldvorming van de hersenen en medische ultrageluid engineering. Hiermee wil men een interdisiplinair technisch platform vormen voor neurowetenschappelijk onderzoek en innovatieve oplossingen bieden voor klinische diagnose en behandeling binnen de neurologie. Buiten Beijing en Shanghai zijn universiteiten van provinciale hoofdsteden met miljoenen inwoners en tienduizenden studenten. Deze wachten nog op een toestroom van moderne wetenschappen en technologie. Toch hebben verscheidene provincies al middelen beschikbaar gesteld om veelbelovende onderzoeksprogramma op neurowetenschappen te ondersteunen. In steden als Xi’an, Chengdu, Shenzhen en Guangzhou zijn de resultaten van dergelijke initiatieven al zichtbaar. De inspanningen van de Chinese overheid hebben al tot duidelijk zichtbare resultaten geleid. Door te investeren in zowel menselijk kapitaal als in onderzoeksfaciliteiten is er een goede wetenschappelijke omgeving ontstaan voor onderzoek op het gebied van neurowetenschappen. Een gedegen kennisinfrastructuur begint ook langzamerhand vorm aan te nemen. Het resultaat is meetbaar aan de hand van sterk toegenomen kwantiteit en kwaliteit van de wetenschappelijke publicaties.

Figuur 2 NeuViz 16-Slice CT Scanner System

Internationale samenwerking De meeste wetenschappers in China op het wetenschapsgebied Hersenen & Cognitie hebben goede banden met buitenlandse collega’s, deels omdat zij meestal opgeleid zijn in het buitenland. Dit zorgt voor een

De snelle groei en grote interesse van China voor het wetenschapsgebied Hersenen & Cognitie bieden volop mogelijkheden voor Nederlandse ondernemingen omgeving waar het makkelijk is om internationale samenwerking op te zetten. De meest voorkomende samenwerkingsverbanden behelzen de uitwisseling van onderzoeksmateriaal – veelal door buitenlandse onderzoekers aangeboden aan Chinese collega’s. Ook gaat het om samenwerking tussen teruggekeerde Chinese onderzoekers met hun voormalige gastlaboratoria, vaak een verlenging van het onderzoekswerk van de Chinese onderzoekers in het buitenland. Tot slot is er samenwerking tussen laboratoria die geen bestaande relaties maar wel complementaire expertise en middelen hebben.

Ondernemingschap Net als in Nederland is het wetenschapsgebied Hersenen & Cognitie in China momenteel meer fundamenteel dan marktgeoriënteerd. Gezien de maatschappelijk en economische potentie heeft het vakgebied goede vooruitzichten. Neem bijvoorbeeld Shenyang met haar Northeasthern University (NEU). Begin jaren negentig ontstond hier de spin-off Neusoft die de afgelopen twintig jaar uitgroeide tot Chinees marktleider voor software-ontwikkeling en IT-dienstverlening. In 2004 startte een samenwerking met Philips om gezamenlijk 44 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

medische beeldvormende systemen te ontwikkelen. Op dit moment is Neusoft China’s grootste en belangrijkste producent van CT- en MRI-scanners. De snelle groei en grote interesse van China voor het wetenschapsgebied Hersenen & Cognitie bieden volop mogelijkheden voor Nederlandse ondernemingen, vooral op de nichemarkt van hoogwaardige meetinstrumenten voor neurowetenschappelijk onderzoek. Zo is Noldus Information Technology al enkele jaren in China aanwezig en heeft het succesvolle samenwerkingen kunnen opzetten met Chinese partners.

Bronnen • Institute of Neuroscience, Chinese Academy of Sciences

http://www.ion.ac.cn/ • The Institute of Neural Engineering, Tsinghua University

http://neuro.med.tsinghua.edu.cn/eng/ • Neuroscience Research Institute, Peking University

http://nri.bjmu.edu.cn/eindex.htm • The Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences

http://english.ibp.cas.cn/au/ • National Laboratory of Brain & Cognitive Sciences, IBP CAS

http://english.ibp.cas.cn/rh/rd/200903/ t20090330_790.html • Center for Brain and Cognitive Sciences http://english.ibp.cas.cn/rh/rd/200903/ t20090330_795.html • Center for Brain Mapping http://english.ibp.cas.cn/rh/rd/200903/ t20090330_789.html • Capital Medical University http://www.ccmu.edu.cn/english/index.htm • Noldus Information Technology http://www.noldus.com/ • Neusoft: http://www.neusoft.com/en/searchresult.jsp • Philips: http://www.philips.nl/index.page

Meer informatie Jingmin Kan

[email protected]

TWA China

China | Sino-Dutch Biomedical Land and | Artikel Information naam Engineering School (BMIE)

Sino-Dutch Biomedical and Information Engineering School (BMIE) Jingmin Kan Samenvatting De NorthEastern University (NEU) in Shenyang stond aan de wieg van Neusoft, China’s grootste softwarebedrijf en IT-dienstverlener. Vanuit een samenwerking met Philips kwam het idee op voor de Sino-Dutch Biomedical and Information Engineering School (BMIE). Op dit moment breidt BMIE zowel de onderzoeksals de onderwijsprogramma’s uit. De ambitie is om verder te internationaliseren.

In 1923 werd de oude industriestad Shenyang in het noordoosten van China de NorthEastern University (NEU) opgericht om deze stad van technologische kennis en goed onderwijs te voorzien. In de afgelopen eeuw groeide de NEU uit tot één van de beste onderzoeksuniversiteiten in China. Daarnaast stond de universiteit aan de wieg van verschillende succesvolle bedrijven. Eén van de beste voorbeelden is IT-bedrijf Neusoft. Neusoft werd in 1991 opgericht en heeft zich sindsdien opgewerkt tot de nummer één in China voor software en IT-dienstverlening. In 2009 telde het bedrijf meer dan 15.000 werknemers en had het vestigingen over de hele wereld. Eén van belangrijkste focus gebieden is dat van medische systemen, vooral medische beeldvormende technieken zoals CT-scanners, MRI, Röntgen, ultrasoon en laser imaging. In 2004 gingen Neusoft en Philips een strategische samenwerking aan, waarna onder andere een gezamenlijk ontwikkelde CT-scanner op de markt werd gebracht.

BMIE Vanuit die samenwerking ontstond het idee voor de Sino-Dutch Biomedical and Information Engineering School (BMIE) op te zetten om gezamenlijk ingenieurs en onderzoekers op te leiden. Dit had te maken met het tekort aan specialistisch personeel om de ontwikkeling van multidisciplinaire toepassingen uit zowel de medische wetenschappen als informatietechnologie wetenschappen te kunnen ondersteunen. De sterke academische banden van zowel Philips als Neusoft bood hiervoor uitstekende faciliteiten. Zo waren er vanuit Neusoft de NEU en vanuit Philips de TUe bij betrokken. In 2005 werd BMIE officieel opgericht en ondergebracht bij NEU. Voor de oprichting droegen Philips en Neusoft beide een miljoen euro bij.

Met behulp van expertise uit TUe en steun van NEU heeft BMIE zich in de afgelopen ontwikkeld tot een omvangrijk instituut met vijf hoofdonderzoeksrichtingen: Medical imaging science & technology, Image processing and intelligent assistance, Biomedical Electronics en Biomedical informatics. Vanuit TUe is professor Bart ter Haar Romeney aangesteld als gastprofessor aan BMIE. Samen met zijn Chinese collega’s heeft Ter Haar Romeny de unieke onderwijsmethode ‘Design Centered Learning’ geïntroduceerd bij BMIE.

BMIE wil het tekort aan specialistisch personeel voor multidisciplinaire medisch-informatie technologische toepassingen verkleinen Ambitie Op dit moment breidt BMIE zowel de onderzoeksals de onderwijsprogramma’s uit. De ambitie is om verder te internationaliseren en de internationale samenwerking in onderzoek en onderwijs te verbreden en te verdiepen. Zo zal er in 2011 een summer-school worden georganiseerd waaraan zowel Nederlandse als Chinese professoren en studenten zullen deelnemen. In 2010 heeft TWA-China een bezoek gebracht aan BMIE, Neusoft, en NEU in Shenyang.



Bronnen • BMIE: http://www.bmie.neu.edu.cn/en_ index.asp • NEU: http://www.neu.edu.cn/files/english_ index.htm • TUe: http://w3.tue.nl/nl/navigatie/zoeken/ • Neusoft: http://www.neusoft.com/en/ searchresult.jsp • Philips: http://www.philips.nl/index.page

Meer informatie Jingmin Kan

[email protected]

TWA China


Zuid Korea | Hersenonderzoek in Korea

Zuid Korea Hersenonderzoek in Korea Peter Wijlhuizen Samenvatting Zuid-Korea vergrijst. Om daarmee samenhangende problemen te voorkomen zette de overheid hersenonderzoek in 1997 op de agenda via het tien jaren ‘Framework Plan for the Promotion of Brain Research’. In 2007 kwam er een vervolg voor nog tien jaar. Korea legt zich toe op neurobiologie, cognitieve neurowetenschap, zenuwaandoeningen, neuro-informatica, kunstmatige intelligentie en convergentie. In dit beeld past de oprichting van een Brain Research Center (BRC) in 2003.

Een laag geboortecijfer en een groeiende levensverwachting leiden samen tot vergrijzing in Zuid-Korea. Het geboortecijfer is met 1,22 het laagste onder de OESO-landen; de levensverwachting is de laatste tien jaar met 4,9 jaar gestegen tot 80,5 jaar. In vergrijzende samenlevingen komen ouderdomsziekten als dementie, Alzheimer en Parkinson steeds vaker voor; zo ook in Korea.

Beleid 1997 ~ 2007 De Koreaanse regering heeft de problemen van een vergrijzende samenleving jaren geleden al onderkend. In 1997 zette het toenmalige Ministry of Science & Technology (MOST), nu Ministry of Education, Science & Technology (MEST), voor het eerst hersenonderzoek op de agenda als één van de manieren om de verwachte problemen aan te pakken. In datzelfde jaar stelde MOST het ‘Framework Plan for the Promotion of Brain Research’ voor tien jaar op. Korea was zich bewust dat het toentertijd op dit gebied ver achter liep op landen als Japan en de VS. Via het Framework Plan wilde Korea binnen tien jaar tot de top zeven gaan behoren. Verdeeld over drie fasen investeerde de Koreaanse regering in totaal KRW 750 miljard (circa 480 miljoen euro) in het plan. Dit geld kwam niet alleen van MOST, maar ook van het Ministry of Health and Welfare (MOHW), het Ministry of Industry and Resources (MIR) en het Ministry of Information and Communication (MIC). De private sector droeg KRW 180 miljard (circa 120 miljoen euro) bij. Op basis van dit tienjarenplan wilde Korea zich gaan richten op: neurowetenschap en cognitieve wetenschap, neurale netwerken, neurologie,

bio-elektronica en kunstmatige intelligentie. Korea wilde met dit plan niet alleen hersengerelateerde ouderdomsziekten voorkomen en genezen door medicijnen en therapieën, maar ook een bloeiende industrie creëren. In deze tien jaar heeft Korea veel bereikt. Het aantal onderzoekers, waarvan de meeste op universiteiten werken, groeide van 650 in 1998 tot 2.000 in 2006. Het aantal papers steeg jaarlijks met gemiddeld 23% en Korea is de achtste patent aanvrager ter wereld op het gebied van hersenonderzoek. Volgens een rapport van de Koreaanse regering(4) bereikte het Koreaanse hersenonderzoek in 2007 de dertiende plaats in de wereld.

Beleid 2007 ~ 2017 Vanaf 2007 bouwde Korea verder op de voorafgaande tien jaar via het ‘Second Basic Plan for the Promotion of Brain Research’. Voor 2017 heeft Korea zich een aantal doelen gesteld. Het land wil tot de top zeven op het gebied van hersenonderzoek behoren, ook op het gebied van patentregistratie. Er moeten 9,300 hersenonderzoekers actief zijn en de markt moet groeien van KRW 760 miljard (510 miljoen euro) in 2007 tot KRW 3 biljoen (circa 1,9 miljard euro) Op basis van dit plan zal de Koreaanse overheid gedurende tien jaar ongeveer een miljard euro investeren in vijf verschillende gebieden, die veel overeenkomst vertonen met de gebieden van de voorgaande tien jaar. Op het gebied van neurobiologie wil Korea fundamenteel onderzoek doen naar de biologische werkingsprincipes van de vorming en functie van het zenuwstelsel. In een later stadium wil men verschillende op deze principes



gebaseerde applicaties gaan ontwikkelen. In de cognitieve neurowetenschappen is Korea geïnteresseerd in zintuiglijke waarneming, het geheugen, meningsvorming en het nemen van beslissingen en tot slot bewustzijn en emotie. Aandoeningen aan het zenuwstelsel vormen een derde aandachtsgebied. Korea wil technologie, medicijnen en behandelmethoden ontwikkelen om langzame achteruitgang van de hersenen door bijvoorbeeld Parkinson en Alzheimer te stoppen en genezing te bereiken. Ook herstel van acute schade aan het zenuwstelsel en de zenuwcellen door bijvoorbeeld een ongeluk staat op de wensenlijst. Het land mikt op behandeling en genezing voor spastische ziekten zoals epilepsie en mentale ziekten zoals stress en manische depressiviteit. Ook behandeling van verslaving aan drugs, alcohol en gaming behoort volgens de Koreanen tot de mogelijkheden, evenals ontwikkelingsstoornissen zoals autisme. Neuro-informatica en kunstmatige intelligentie is het vierde gebied dat aandacht krijgt. Op basis van toenemende kennis over structuur en werking van de hersenen en het zenuwstelsel wil men de hersens gaan modelleren. Dit moet leiden tot de ontwikkeling van Brain Computer Interfaces (BCI) en Brain Machine Interfaces (BMI). Deze interfaces wil men gaan gebruiken voor diagnose, behandeling en rehabilitatie bij hersenen zenuwaandoeningen zoals bijvoorbeeld verlamming. Convergentie is het laatste aandachtsgebied. Korea wil de opgedane kennis over de hersens en het zenuwstelsel combineren met bestaande ICT, nano- en biotechnologie. Hiermee wil Korea deze bestaande sectoren een impuls geven. Het land denkt aan verschillende toepassingen. Daaronder de entertainment-industrie, met bijvoorbeeld games die door de hersenen bestuurd worden en sporters die worden gemonitord. Een tweede toepassingsterrein is defensie met als voorbeelden militaire robots, mijndetectiesystemen en systemen die de menselijke zintuiglijke waarneming verbetert. Op gezondsheidsgebied zijn e-health gerelateerde applicaties mogelijk.

Brain Research Center-programma Vanaf 1999 heeft de Koreaanse regering 23 grote R&D-projecten in verschillende technologiegebieden opgezet: de zogeheten ‘21st Century Frontier R&D Programs’. Deze programma’s met een gezamenlijk budget van ongeveer drie miljard euro moeten nieuwe technologische groeimotoren voor de Koreaanse economie opleveren. Als onderdeel hiervan zette MOST in 2003 een tienjarig hersengerelateerd onderzoeksprogramma op: Brain Research Center (BRC). In dit programma steekt de Koreaanse overheid ongeveer 130 miljoen euro. Universiteiten, onderzoeksinstellingen en bedrijven samen er op verschillende gebieden in samen: • Neural cell imaging and dynamics • Neuro gene bank service • Neurodisease animial model • Brain desease tissue sample bank • Behavior analysis • Neuroproteomics services • Brain imaging services De tien jaar zijn opgedeeld in drie fasen. Aan het einde van iedere fase zal elk gebied worden geëvalueerd en zal besloten worden of het onderzoek wordt voortgezet.

Figuur 2 Screenshot van de game van Laxtha. Bron (6).


Figuur 1 Roadmap van het Brain Research Center. Bron (1).


Belangrijke spelers in Korea Voor de nu lopende derde fase van het BRC-programma zijn 39 projecten gedefinieerd. Een overzicht van de projecten is te vinden op http://brainfrontier.or.kr/english/sub03/sub03_1.php. De meeste deelnemers zijn universiteiten. De belangrijkste deelnemende universiteiten zijn de Seoul National University, KAIST, Sungkyunkwan University, Korea University en Hallym Univeristy. Eén van de bedrijven die deelneemt is Laxtha. Dit bedrijf houdt zich sinds 1999 bezig houdt met de ontwikkeling van BMI’s en BCI’s. Onlangs heeft het twee computergames ontwikkeld die de hersenactiviteit als input nemen. De gamer draagt een speciale headset die de concentratie meet. De eerste game is een racespel. Door sterk te concentreren gaat de auto sneller rijden; de cursortoetsen dienen om te sturen. De tweede game betreft boogschieten. Met de spatiebalk schiet de speler een pijl; de mate van concentratie bepaalt de afwijking ten opzichte van de roos.

Bronnen en meer informatie: 1. Brain Research Center, http://brainfrontier.or.kr/english/index.php 2. Ministry of Education, Science & Technology (MEST),

http://english.mest.go.kr/enMain.do 3. Basic Plan for Brain Research & Development, http://aids.hallym.ac.kr/d/kns/brfinal.htm (Korean only)

4. 2nd Framework Plan for the Promotion of Brain Research,

http://img.kisti.re.kr/originalView/ originalView.jsp?url=/tr_img/2008005/ bu9200804070444.pdf 5. SNU Brain & Cognitive Science, http://bcs.snu.ac.kr/wiki/Home

6. Laxtha, www.laxtha.com

Meer informatie Peter Wijlhuizen

[email protected]

TWA Zuid Korea

Nationaal instituut Als onderdeel van het ‘Second Basic Plan for the Promotion of Brain Research’, wil de Koreaanse regering een volledig overheidsgefinancierd National Brain Research Institute oprichten. Het idee hiervoor is in 2007 geboren. Sindsdien beconcurreren drie consortia uit drie Koreaanse steden elkaar om dit nationale instituut binnen de stadsgrenzen te krijgen . Het gaat om Seoul en KAIST, Incheon en Seoul National University (SNU), Daegu en Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology (DGIST)) elkaar. Na vier jaar is er nog steeds geen beslissing gevallen.


India | Cognitieve wetenschap & neurologisch onderzoek in India

India Cognitieve wetenschap & neurologisch onderzoek in India Freek Jan Frerichs Samenvatting India staat niet in de top twintig op de internationale ranking van het multidisciplinaire wetenschapsgebied hersenen & cognitie. Toch heeft het land sterke centers of excellence en beschikt het over een sterke wetenschappelijke basis op onderliggende deelterreinen. De overheid onderkent het belang van de cognitieve wetenschappen en investeert grootschalig in belangrijke deelgebieden. Deze strategie begint zijn vruchten af te werpen. Indiase wetenschappers publiceren vaker in toonaangevende internationale wetenschappelijke tijdschriften. In Bangalore komt een regionaal cluster op het gebied van hersenen & cognitie op. India is hiermee steeds interessanter voor technisch-wetenschappelijke samenwerking op dit vlak. India staat op wetenschappelijk vlak vooral bekend op het gebied van de bèta-wetenschappen, ICT en biotechnologie. In interdisciplinaire wetenschapsvelden zoals hersenen & cognitie lijkt het land soms nog achter te blijven in absolute aantallen publicaties en de citatie indices. Toch beschikt het land over een voldoende sterke basis voor een snelle opkomst op dit vlak. India investeert al jaren flink in de life-sciences en ICT en beschikt over een stevige basis op het vlak van de sociale wetenschappen en psychologie. Ook in de neurowetenschappen wordt al jaren stevig geïnvesteerd. Hoewel het belang van de integratie van deze wetenschapsvelden tot voor kort onderbelicht was in de nationale wetenschapsstrategie, geldt cognitieve wetenschap nu als een van de vier pijlers van het wetenschapsbeleid naast ICT, nanotechnologie en biotechnologie.

Rol van de overheid Verschillende ministeries spelen een rol in de ontwikkelingen binnen cognitie en neurowetenschappen. De drie belangrijkste zijn de Department of Science & Technology (DST), haar zusterdepartement: Departement of Biotechnology (DBT) en het Ministry of Health & Family Welfare. Dat laatste heeft een aantal van India’s belangrijkste medische wetenschapsinstituten opgezet. Het ministerie financiert daarnaast de medische wetenschap in brede zin via de Indian Council of Medical Research (ICMR). Het ministerie heeft in 1974 de grondvesten voor neurowetenschappelijk onderzoek gelegd door het National Institute for

Mental Health & Neuro Science (NIMHANS) te creëren. Het Department of Biotechnology (DBT) is de belangrijkste overheidsinstelling op het gebied van life sciences. Het departement zet de nationale strategie op dit vlak uit en is de belangrijkste financier voor wetenschappelijk onderzoek met een biotechnologische focus. Het departement speelt daarnaast een rol in de het creëren van voldoende wetenschappelijk talent voor de verdere ontwikkeling van de sector en financiert in die rol geïntegreerde opleiding & wetenschapstrajecten zoals MD-PHD programma’s. DBT stimuleert sinds 1999 de Neurowetenschappen via een eigen instituut, het National Brain Research Centre (NBRC). Daarnaast is DBT één van de belangrijkste bronnen van extramurale financiering voor externe onderzoekscentra op dit vlak. Het NBRC heeft hier voor het ministerie een coördinerende rol in. De stimulering van het interdisciplinaire wetenschapsveld ‘cognitieve wetenschap’ komt op nationaal niveau voor rekening van het Department of Science & Technology (DST). Dit departement heeft sinds 2009 twee nationale onderzoekprogramma’s op dit vlak en stimuleert daarnaast het wetenschapsveld in brede zin. De twee nationale programma’s hebben als thema ‘Language Learning’ en ‘Neural Networks’. Ze worden voor DST gecoördineerd door het NIMHANS. Binnen de programma’s zijn vijf



speerpunten aangebracht: basisprocessen achter cognitie, taal en cognitie, rekenkundige intelligentie, cognitieve psychologie en cognitieve neurowetenschappen. Per programma gaat er ongeveer acht miljoen euro om. Het generieke onderdeel van het cognitieve wetenschapsprogramma is gericht op het opzetten van nieuwe interdisciplinaire onderzoeksgroepen. Dit programma voorziet naast fondsen voor onderzoeksprojecten ook geld voor laboratorium apparatuur.

Wetenschappelijke evolutie Vroeger waren de neurowetenschappen in India minder ontwikkeld. Onderzoekers met interesse in dit vakgebied konden voor scholing alleen in het buitenland terecht. Tegenwoordig zijn de neurowetenschappen een onderzoeksveld met veel dynamiek. Het is sterk in ontwikkeling en telt een groeiend aantal onderzoekscentra met sterke neuro-vakgroepen. Naast het speciaal op de neurowetenschappen gerichte NIMHANS (1974) en het NBRC (1999) is er bij het Tata Institute of Fundamental Research – (TIFR) sinds 1999 een sterke onderzoeksgroep op het vlak van het cerebellum. Ook is er een sterke vakgroep op het gebied van neurobiologie in het National Centre for Biological Sciences (NCBS) in Bangalore. Daarnaast zijn er goede vakgroepen voor neurologisch onderzoek in het departement voor Biological Science and Bio engineering - IIT Kanpur (2001) en het Indian Institute of Science Education and Research (IISER) in Pune (2006). Sinds 2009 is er ook een Centre for Neuro Science aan het Indian Institute of Science (IISc). Vanuit de sociale wetenschappen is er op het gebied van cognitie een interessante interdisciplinaire vakgroep bij de Jawaharal Nehru University (JNU). Onder het cognitieve science programma van DST zijn er nieuwe vakgroepen opgericht zoals het Centrum voor Cognitieve Wetenschap van de University of Hyderabad en is er extra geld beschikbaar voor eerder opgezette centra zoals het Centre of Behavioral and Cognitive Sciences van de University of Allahabad. Deze nieuwe laboratoria en vakgroepen zijn vaak opgezet door wetenschappers die getraind zijn en

ervaring hebben opgedaan in het westen. Terugkeer naar India wordt aantrekkelijk gemaakt met beurzen en grants en gefaciliteerd op alle niveaus. Terugkerend van topinstellingen in met name de VS en Engeland brengen deze wetenschappers sterke onderzoeksnetwerken met zich mee. Ze hebben daarmee gemakkelijker toegang tot de top tijdschriften in hun vakgebied, waardoor het profiel van de Indiase neurowetenschappen internationaal stijgt. Naast hun rol in de wetenschap spelen veel van de genoemde instellingen ook een belangrijke rol op het gebied van opleidingen voor PHD- en master-programma’s.

Clustervorming De Indiase overheid is er in geslaagd om de basis van de neurowetenschappen en het cognitie-onderzoek in het land sterk uit te breiden. De overheid speelt daarnaast ook een belangrijke rol in in het stimuleren van innovatieve clusters. Eén van de regio’s waar dit momenteel gestimuleerd wordt is Bangalore. Deze stad telt drie instellingen waar belangrijk neuro-wetenschappelijk & neuro-technologisch onderzoek plaatsvindt; NIMHANS, NCBS en IISc. Het is één van de belangrijkste life-science hubs van India en de stad staat internationaal al bekend als IT Hub. Naast software-ontwikkeling is ook goede engineering-expertise aanwezig. Naast R&D-vestigingen van belangrijke multinationals zoals GE, Philips en Siemens zijn er in de stad ook lokale bedrijven actief met interesse in neurotechnologie. Naast producenten van medische apparatuur gaat het daarbij ook om farmaceutische bedrijven met eigen onderzoek op het vlak van neuro-farmaceutica. De Indiase overheid stimuleert vanuit zowel DST als DBT publiek-private samenwerking, bevordert technologische spin-off en voert daarnaast een actief clusterbeleid. Bangalore heeft daarmee goede papieren in huis om uit te groeien tot een neuro-cluster.

Internationale samenwerking India beschikt tegenwoordig over een aantal sterke centers of excellence in de neurowetenschappen en er is sprake van een groeiende dynamiek in het wetenschapsveld. Er is dan ook veel potentieel voor technisch-wetenschappelijke 51 | Brains mean business

samenwerking. Met de stijgende budgetten en het toenemend aantal laboratoria is er een groeiende vraag naar onderzoeksapparatuur en zijn er daarmee groeiende marktkansen voor Nederlandse bedrijven in de sector. Vanuit Nederland neemt deze interesse toe. Onder andere het UMC Utrecht, de Universiteit van Maastricht en het Erasmus MC zijn al actief in India op dit gebied. Naast de wetenschappelijke samenwerking die zij hier aangaan creëert dit goede mogelijkheden voor internationalisering van de publiek-private samenwerkingsverbanden waarvan deze universiteiten deel uitmaken.

NIMHANS Het NIMHANS is één van India’s belangrijkste onderzoekscentra voor de neurowetenschappen en staat aan de basis van de ontwikkeling van de Neurowetenschappen in India. Het heeft zowel een belangrijke functie voor medische zorg en onderzoek als een opleidingsfunctie. Het instituut heeft 960 bedden en beschikt over een staf van 1.650 medewerkers. 136 daarvan zijn faculteitsleden die werken in de 21 afdelingen binnen het instituut. Het centrum beheert India’s belangrijkste hersenbank en heeft naast laboratoria voor onderzoek en behandeling van mensen ook een grote faciliteit voor onderzoek op proefdieren. De centrale rol die het instituut speelt in de neurowetenschappen werd in 2009 nogmaals bevestigd doordat het instituut de coördinatie van wetenschappelijk onderzoek van de twee belangrijke nationale wetenschapsprogramma’s op het gebied van cognitie heeft gekregen. Binnen de programma’s die zich richten op ‘Language Learning’ en ‘Neural Networks’ gaat per programma zo’n acht miljoen euro om. Het instituut heeft in 2010 van het Ministry of Health & Family Welfare de status gekregen van een ‘institute of national importance’. Het heeft hiermee dezelfde status gekregen als drie van de belangrijkste medische instituten van India, het All India Institute of Medical Science (AIIMS), het Post Graduate Institute of Medical Education & Research PGIMER en het Jawaharlal Institute of Post Graduate Medical Education and Research. Deze


nieuwe status betekent dat er extra financiering vrij zal komen en dat het instituut meer autonomie krijgt. Eind 2010 is bekend gemaakt dat het centrum vier additionele regionale centra onder zich zal krijgen, waarmee het in heel India actief wordt. Het NIMHANS is daarmee erg interessant voor internationale samenwerking. Het eeft sinds december 2010 een internationaal samenwerkingsverband met Universiteit Maastricht. Er wordt samengewerkt op de gebieden van educatie, introductie van innovatieve onderzoeksmethodologieën en gezamenlijke onderzoeksprojecten.

NBRC Het National Brain Research Center (NBRC) wer in 1999 opgericht in Manessar, Gurgaon. Het autonome instituut dat valt onder het Department van Biotechnology. Het centrum ontvangt directe ondezoeksfinanciering van het ministerie en heeft daarnaast een coördinerende rol in de extramurale financiering die het ministerie uitzet bij andere wetenschapsinstellingen. Het NBRC heeft onderzoekslaboratoria op het gebied van cellulaire en moleculaire neurowetenschappen, cognitieve en systeem-neurowetenschappen en neuro-imaging en computationele neurowetenschappen. In de periode van 2006 tot en met 2010 scoort het NBRC het hoogst in India als het gaat om publicaties op het gebied van fundamenteel wetenschappelijk onderzoek in de neurowetenschappen. Het instituut brengt jaarlijks een jaarverslag uit waarin het uitgebreid verslag doet van de onderzoeksprojecten die er lopen. Het NBRC beschikt over een beeldvormingsfaciliteit en beschikt

daarnaast over een centrum voor neurologisch onderzoek op allerlei proefdierenogels. Sinds 2008 heeft het centrum ook een belangrijke translationele taak en werkt het nauw samen met het belangrijkste medische ziekenhuis in Gurgaon.

Nationale coördinatie Als coördinerend instituut leidt het NBRC een nieuw nationaal project ‘Indian Study for Aging & Cognition’ voor hersenonderzoek op de ouder wordende hersenen, van mensen boven de vijftig. Dit onderzoek vindt plaats in acht verschillende centra verspreid door het hele land. Het doel van dit onderzoek is het identificeren van biomarkers en beeldvormingscorrelatie voor aan Alzheimer gerelateerde dementie en vasculaire dementie. Ook wordt in dit verband gewerkt aan het identificeren van biomarkers die de ontwikkeling van dementie kunnen voorspellen. Het ziet er naar uit dat het NBRC daarnaast een belangrijke rol zal gaan spelen in een nog op te zetten neurologische cohortstudie waar kinderen vanaf de neonatale fase gevolgd zullen worden om de ontwikkeling van het brein in de eerste levensjaren te kunnen bestuderen. Het NBRC heeft lopende internationale samenwerkingsprojecten met de Verenigde Staten onder programma’s van de National Institutes of Health (NIH) en werkt in een EU-project samen met Italië. Ook Frankrijk heeft een lopend project met het NBRC, waar gebruik gemaakt wordt van bilaterale financiering van INSERM en de Indian Council of Medical Research. Met Nederland wordt er door het NBRC op het gebied van neuro-imaging samengewerkt met het UMC Utrecht. Recent is een


delegatie vanuit het Erasmus MC op bezoek geweest om te samenwerkingsmogelijkheden te bespreken.

Centre for Neuro Science Indian Institute of Science (IISc) In 2009 is er in het Indian Institute of Science (IISc) in Bangalore een nieuw centrum voor neurowetenschappen opgericht. Voor het opzetten ervan is professor Vijayalakshmi Ravindranath aangetrokken, die eerder ook het NBRC heeft helpen opzetten en ervaring heeft opgedaan in het NIMHANS. Het centrum focust op leeftijds- en ondervoedinggerelateerde hersenaandoeningen. Ook doet het centrum onderzoek naar Alzheimer, epilepsie en encefalitis. Het interdisciplinaire team heeft expertise op het gebied van neurobiologie van ziekten, neurale motorische controle, neurale ontwikkeling en stamcelonderzoek en de neuronale basis van objectherkenning. Het centrum richt zich op het neerzetten van een sterk fundamenteel neurowetenschapsprogramma en werkt aan het opzetten van nauwe banden met medische centra om ook translationeel onderzoek te kunnen doen. Er wordt op het gebied van neuro-imaging samengewerkt met het UMC Utrecht. Om deze kant van het onderzoek in het instituut te kunnen uitbreiden wordt er momenteel gewerkt aan de aanschaf van een 3- en 7-Tesla MRI-scanner.

Meer informatie Freek Jan Frerichs

[email protected]

TWA India

Verenigde Statens | Neurotechnologie in Noord-Amerika

Verenigde Staten Neurotechnologie in Noord-Amerika Karin Louzada Samenvatting Dit artikel geeft een overzicht van het beleid, marktpotentieel, de technologieclusters en benoemenswaardige instituten en bedrijven op het gebied van neurotechnologie in de Verenigde Staten en Canada. De neurotechnologiesectoren in zowel de VS als Canada staan voor een grote verandering. Een gevoel van urgentie wegens een verouderende bevolking en de toenemende voorkomens van hersenletsel en -aandoeningen heeft geleid tot grote investeringen in fundamenteel en toegepast onderzoek en evaluaties van de onderzoeksportfolio’s in beide landen.

Er bestaan meer dan duizend hersenen zenuwstelselaandoeningen. Samen zorgen die voor meer ziekenhuisopnamen dan welke andere ziekte dan ook, inclusief kanker en hart- en vaatziekten. In de VS alleen al lijden jaarlijks vijftig miljoen mensen aan neurologische aandoeningen. Deze veroorzaken zo’n 460 miljard dollar aan ziektekosten. Geestesstoornissen (exclusief drugs- en alcoholproblemen) zorgen voor nog eens 148 miljard dollar aan kosten en treffen zo’n 44 miljoen volwassenen [1]. In Canada schat het ministerie van Health dat één op de drie Canadezen (tien miljoen mensen) met ziekte, aandoening of letsel van de hersenen, ruggenmerg of het zenuwstelsel in aanraking komt. De economische impact in Canada is 22,7 miljard dollar per jaar. Wanneer ook invaliditeit wordt meegerekend, loopt de schade op tot meer dan twee keer dat bedrag [2].

Beleid en R&D-investeringen Sinds 1997 is de jaarlijkse overheidssteun voor fundamentele neurowetenschappen in de VS gestegen van één miljard dollar naar vijf miljard dollar in 2008 [3]. Mede door de veroudering van de bevolking en de oorlogen in Irak en Afghanistan is de aandacht voor hersenonderzoek en het tegengaan van neurodegeneratieve ziekten sterk toegenomen. Deze aandacht heeft geleid tot enkele wetsvoorstellen die neurotechnologische innovaties kunnen stimuleren [4].

In 2008 heeft senator Edward M. Kennedy, nog voordat hij zelf overleed aan een kwaadaardige hersentumor, de ‘National Neurotechnology Initiative Act’ voorgelegd aan het congres. Het wetsvoorstel vraagt om een additionele één miljard dollar over een periode van vijf jaar voor het herstructureren van neurotechnologisch onderzoek in de VS. In het eerste jaar zou 80 miljoen dollar aan het NIH worden toegekend om een Blueprint for Neuroscience Research op te stellen. 75 miljoen dollar zou gaan naar aan neurotechnologie gerelateerde SBIR-projecten. De overige 45 miljoen dollar per jaar zou worden toegekend aan de Federal Drug Administration om de neurowetenschappelijke staf te vergroten, nieuwe technologiestandaarden te ontwikkelen en de ethische, wettelijke en sociale implicaties van neurotechnologie te onderzoeken. Een National Coordination Office zou alle federale agentschappen die actief zijn in de neurotechnologie moeten aansturen [5]. ‘Transferable Priority Review Vouchers for Severe and Neglected Brain Diseases’ zouden de FDA in staat stellen om overdraagbare (verkoopbare) ‘priority review vouchers’ toe te kennen aan sponsors of fabrikanten van nieuwe (goedgekeurde) geneesmiddelen, biologics of medische instrumenten. Dit stelt de houders in staat om met voorkeur tot het goedkeuringsproces van een volgend product te worden toegelaten. Ten slotte streeft de ‘Neurotechnology Defense



Initiative’ ernaar om een ‘Department of Defense center’ te vormen, die de ontwikkelingen zou moeten volgen in het onderzoek naar het leerproces, de besluitvorming, prestaties onder stress, cognitieve fitness, brain-computer interfaces en biologische markers voor neurale toestanden. Op basis van deze informatie zouden nieuwe translationele neurotechnologieprogramma’s worden opgesteld, met een focus op post-traumatic stress disorder, traumatisch hersenletsel, oorsuizing, verloren ledematen, maar ook verbeterde oorlogsvoering en soldatenveerkracht. In Canada richt het neurotechnologiebeleid zich op de problematiek rond de verouderende bevolking [6]. In 2015 zullen er voor het eerst meer 65-plussers zijn dan mensen van 15 jaar of jonger. Ondanks een recente impuls van 8,6 miljoen Canadese dollars voor Alzheimer-onderzoek in januari 2011 [7], is de overheidsinvestering in neurowetenschappelijk onderzoek in Canada laag, zeker vergeleken met de VS. Zo spendeerde de overheid in 2004 150 miljoen Canadese dollar aan neurowetenschappelijk onderzoek [8]. Om de gevolgen en impact van neurologische aandoeningen in Canada in kaart te brengen is in 2009 een vierjarige nationale studie met een budget van vijftien miljoen dollar gestart. Deze studie richt zich op het schattten van het voorkomen, de risicofactoren, de economische kosten en de maatschappelijke impact van neurologische ziekten in de komende twintig jaar. Deze informatie zal helpen om programma’s en gezondheidsdiensten voor de komende jaren te plannen [9].

Marktpotentieel en hindernissen Het marktpotentieel voor neurotechnologie wordt positief ingeschat. Zo is in de VS in de afgelopen tien jaar het percentage van neurotechnologie gerelateerde octrooiaanvragen met 200 procent gestegen. De stijging van octrooiaanvragen in het algemeen bedroeg in deze periode 60 procent[3]. Neurotechnologie is de grootste en snelst groeiende medische markt en telt momenteel zo’n twee miljard personen wereldwijd (100 miljoen in de VS). Met een verouderende wereldbevolking zal het voorkomen van Alzheimer,

Parkinson, beroertes en zintuiglijke aandoeningen toenemen, waardoor de markt substantieel zal groeien. Neuropharmaceuticals hebben het grootste aandeel van zowel de farmaceutische markt als de neurotechnologische markt. Het grootste rendement wordt verdiend aan pijnmedicatie, antipsychotica, anti-epileptica en antidepressiva. Maar de op dit moment verkrijgbare medicijnen werken alleen tegen de symptomen tijdens de eerste stadia van de ziekten.

Noord-Amerikaanse markt zijn dezelfde als in de rest van de wereld: de lage effectiviteit, neveneffecten, lange ontwikkelingsduur en onvoldoende begrip van de pathologie van ziekten en de werking van al bestaande therapieën. Het is te hopen dat neurobiomarkertechnologieën voor verbeterde preklinische modellen zullen zorgen. Daarentegen zijn de ontwikkelingsduur (zeven tot tien jaar) en kosten van medische devices gunstiger. Zo kunnen in de VS enkele technologieën worden vrijgesteld van klinisch onderzoek [6].

Onderzoeksthema’s en Clusters

“De hindernissen voor snelle opname van neurotechnologische innovaties in de Noord-Amerikaanse markt zijn dezelfde als in de rest van de wereld” Neurodevices maken nu zo’n vier procent uit van de neurotechnologiemarkt [6]. Voorbeelden van succesvolle neurodevices zijn cochlear-implantaten voor doven, neurostimulatie-devices voor de behandeling van pijn en neurovasculaire interventies voor het voorkomen van beroertes. Technologische ontwikkelingen, bekendheid bij patiënten en artsen en toelating tot verzekeringsvergoedingen vergroten de markt snel. Waar neurofarmaceutica niet succesvol zijn, bijvoorbeeld bij beroerte, chronische pijn en epilepsie, kunnen neurodevices een snelle groei doormaken [3]. De neurodiagnostische sector bedient de neurofarmaceutische en neurodevice-bedrijven, ziekenhuizen, klinieken en onderzoekscentra. In de toekomst, wanneer brain imaging en in vitro-protocollen worden geaccepteerd als criteria voor de diagnose van psychiatrische en neurologische aandoeningen, zal ook deze markt sterk groeien [3]. De hindernissen voor snelle opname van neurotechnologische innovaties in de 54 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

Met meer dan 150 laboratoria, 16 instituten en een budget van enkele miljarden dollars behoren de National Institutes of Health tot ‘s werelds grootste neurowetenschappelijke onderzoekscentra. NIH verricht onderzoek naar fundamentele, translationele en klinische neurowetenschappen. Enkele onderzoeksonderwerpen zijn [10]: • Ionenkanalen, receptoren en moleculaire signalering; • Synaptische biologie en small circuits; • Biologie van neuronen, spiercellen en glia; • Neuro-endocrinologie; • Neurale ontwikkeling en plasticiteit; • Neurogenetica; • Functionele en moleculaire imaging; • Systeem-neurowetenschappen; • Gedragsneurowetenschappen; • Neuro-immunologie en virologie; • Klinische neurowetenschappen.

San Francisco De San Francisco regio (Tabel 1) kenmerkt zich door een aantal uitstekende neurowetenschappelijke universiteiten (University of California, Berkeley; University of California, San Francisco; Stanford University) en ziekenhuizen (University of California, San Francisco Medical Center; Stanford Hospital and Clinics). Enkele van de vele neurofarmaceutische en neurodevice-bedrijven zijn Medivation, Jazz Pharmaceuticals, Geron, Stem Cells Inc, Xenoport, Neuropace, Pain Therapeutics, en Pfizer. Academische neurotechnologiecenters in de regio zijn het W.M. Keck Foundation Center for Integrative Neuroscience (zicht, gehoor, beweging, pijn, leren en taal), het


Regio

Top clusters

Secondaire clusters

Clusters in ontwikkeling

Opkomende clusters

Regio’s om in de gaten te houden

Overig

Rang

Totaal aantal bedrijven

Farmabedrijven

Devices bedrijven

Diagnostieke bedrijven

San Francisco

1

94

57

30

7

Boston [11]

2

75

48

15

12

New York

3

60

46

10

4

San Diego

4

44

34

7

3

LA/Irvine

5

37

21

14

2

Philadelphia [11]

7

31

27

3

1

Baltimore

8

27

22

4

1

Minneapolis

9

23

4

18

1

Seattle

17

12

4

1

Montreal

9

6

1

2

Raleigh/Durham

18

15

1

2

Chicago

4*

Cleveland

11

Vancouver

3*

2 1

8

2

Tabel 1: Overzicht van neuroclusters in de VS en Canada [1]. *Niet gespecificeerd.

UCSF Sloan-Swartz Center for Theoretical Neurobiology, het Conte Center for Neuroscience Research, het Wheeler Center for the Neurobiology of Addiction en de Gladstone Institute of Neurological Disease. Het Ernest Gallo Clinic and Research Center (verslaving en obesitas) is nabij gelegen in Emeryville. Het (toekomstige) Stanford Conte Center en neurosoftware-bedrijven als Posit Science and Lumos Labs in de Bay area richten zich op neurale plasticiteit.

Boston In het centrum van het neurocluster van Boston staan Harvard en MIT. Samen vormen deze twee instituten ’s werelds beste neurotechnologie-infrastructuur, met de meeste neurowetenschappelijke publicaties en citaties en de sterkste opleidingen. Benoemenswaardige centra zijn het McGovern Institute for Brain Research (systemen- en computationele neurowetenschappen, imaging en cognitieve neurowetenschappen en

genetische en cellulaire neurowetenschappen), het Picower Center for Learning and Memory (neurale plasticiteit, leren en geheugen) en het Whitehead Institute for Biomedical Research (neurale ontwikkeling, klonen en stamcellen en neurodegeneratieve ziektes). Op Harvard staan het Program in Neuroscience aan de Harvard Medical School, het Neuroscience Center aan Massachusetts General Hospital, het Department of Neurobiology en het nieuwe Center for Brain Science in Cambridge hoog aangeschreven. Enkele bedrijven die actief zijn in neurotechnologie in de Boston regio zijn Merck Research Laboratories Boston, Sirtris Pharmaceuticals, EnVivo [11], Neuroptix, en het Novartis Institute of BioMedical Research (NIBR), Cambridge. Daarnaast hebben ziekenhuizen als het Massachusetts General Hospital, het Austen Riggs Center, het Massachusetts Eye and Ear Infirmary en het Brigham and Women’s Hospital een sterke geschiedenis in translationeel en klinisch onderzoek. 55 | Brains mean business

Canada In Canada wordt de federale neurowetenschappen R&D door de Canadian Institutes of Health Research, en met name het Institute of Neurosciences, Mental Health and Addiction, beheerd. Het INMHA steunt onderzoek naar het functioneren en aandoeningen van de hersenen, het ruggemerg, de zintuiglijke en motorieke systemen en het verstand [8]: • Verslaving en kruisverslaving (nicotineverslaving en tabakgebruik); • Regeneratieve geneeskunde en nanogeneeskunde; • Aandoeningen in vroege stadia van het leven en het eerste voorkomen van aandoeningen; • Co-morbiditeit en het tegelijk voorkomen van hersenaandoeningen en ziekten als diabetes, obesitas, kanker en hart- en longziekten. Canada is vijfde in de wereld als het gaat om neurowetenschappelijke citaties [6]. Een groot aantal wetenschappelijke instituten en consortia in Canada zijn


Regio Ontario

Technologische sterktes Alzheimer Klinisch onderzoek Cognitieve neurowetenschappen

momenteel een landelijke evaluatiestudie van de impact van neurologische ziekten en strategische overheidsinvesteringen voor de komende twintig jaar uitgevoerd. De onderzoeksthema’s in beide landen sluiten goed aan bij de sterktes van Nederland en de neurotechnologiesector in Noord-Amerika groeit sterk.

Imaging

Bronnen

Pijn

1. Brain Facts – A primer on the Brain and Nervous System, 2008, 6th edition,

Beroerte Quebec

Society for Neuroscience,

Alzheimer Biotherapeutics Cellulaire en moleculaire neurowetenschappen Epilepsie Imaging Pijn

Tabel 2: Overzicht van neurotechnologische sterktes in Canada [6].

werkzaam in de neurotechnologie. Maar de verspreiding van zo’n 25 neurotechnologiebedrijven (bijvoorbeeld Victhom, PainCeptor Pharma Corporation Inc. en de start-ups NoNO en NeurAxon) maakt dat er niet één regio uitspringt als cluster. Desalniettemin zijn de provincies Ontario en Quebec (met name Montreal) interessante regio’s op dit gebied (Tabel 2). Enkele benoemenswaardige instituten zijn de Quebec Brain Imaging Research Group, McGill University’s Neurological Institute, het University of Toronto Centre for the Study of Pain, het Baycrest Centre for

Geriatric Care (brain fitness), het Brain Research Centre in Vancouver en het Hotchkiss Brain Institute in Calgary [12].

Conclusies Hersens- en zenuwstelselaandoeningen en daaraan gerelateerde gezondheidszorg zijn verantwoordelijk voor een grote maatschappelijk en economische last. Interessante ontwikkelingen voor Nederland zijn mogelijke nieuwe wetgeving en een herziening van het beleid en de investeringen in neurowetenschappelijk onderzoek in de VS. In Canada wordt


http://www.sfn.org/skins/main/pdf/ brainfacts/2008/brain_facts.pdf 2. http://www.neurosciencecanada.ca/en/ WangNewsRelease_en 3. http://www.neurotechindustry.org/images/ Neurotech_Clusters_2010_Report.pdf 4. http://www.neurotechindustry.org/ aboutnio.html 5. http://www.neurotechindustry.org/ neurotechinitiativeleg.html 6. http://www.marsdd.com/buzz/reports/ neurotechnology 7. http://www.cihr-irsc.gc.ca/e/43126.html 8. http://www.cihr-irsc.gc.ca/e/documents/ inmha_strategic_plan_2007_e.pdf 9. http://www.phac-aspc.gc.ca/media/ nr-rp/2009/2009_0605-eng.php 10. http://neuroscience.nih.gov/study_areas.asp 11. Zie ook Neurotechnologie nieuwsflits Hans (op de website)

12. Brain on Chip nieuwsflits Louzada (op de website)

Meer informatie Karin Louzada

[email protected]

TWA Verenigde staten

Verenigde Statens | Brainnet brengt neurowetenschappers samen

Brainnet brengt neurowetenschappers samen Marc Nellen Samenvatting De laatste tien jaar heeft het hersenonderzoek een enorme vlucht genomen door de ontwikkeling van geavanceerde medische meetapparatuur als de MRI-scan. Dagelijks worden grote hoeveelheden data over de hersenen van de mens gegenereerd. Om deze berg data effectief te gebruiken en zo tot nieuwe doorbraken te komen, is interdisciplinair onderzoek noodzakelijk. De eerste resultaten van de zogenoemde ‘geïntegreerde neurowetenschap’ zijn hoopgevend. Recente initiatieven zoals Brainnet bieden mogelijkheden om patiënten met neurologische of psychologische aandoeningen te helpen.

Het begin van deze eeuw wordt het ‘Decennium van het Brein’ genoemd, omdat wetenschappers veel nieuwe inzichten hebben opgedaan over de werking van onze hersenen. De ontwikkeling van geavanceerde MRIapparaten heeft ertoe bijgedragen dat grote hoeveelheden informatie over het brein worden gegenereerd. Onder andere door deze data-explosie zijn wetenschappers zich er van bewust geworden dat integratie van de verschillende onderzoeksdisciplines noodzakelijk is om de werking van de hersenen beter te begrijpen. In 2000 vormde het artikel ‘Databasing the Human Brain’ in Nature Neuroscience de eerste publicatie over de problemen waar wetenschappers tegenaan lopen in hersenonderzoek, zoals specialisten van verschillende disciplines die nauwelijks met elkaar praten en de moeilijkheden van het verzamelen van bruikbare data. Met het artikel ‘Limits to growth: why neuroscience needs large-scale science’ uit 2004 in hetzelfde tijdschrift werd een serieuze oproep tot meer samenwerking gedaan. De noodzaak om neurowetenschappen en psychiatrie te integreren kreeg in de VS in 2007 erkenning in het strategisch plan van the National Institutes of Health, waaruit onder andere het Human Connectome Project is ontstaan.

Geïntegreerde neurowetenschappen Inmiddels is er sprake van een nieuwe discipline, de geïntegreerde neurowetenschap, die biologische, psychologische en klinische modellen van het menselijke brein samenbrengt binnen verschillende takken van de neurowetenschap. De nieuwe wetenschap stimuleert uitwisseling van informatie tussen verschillende disciplines en tussen onderzoek op verschillende schaalniveaus - van een enkele neuron tot het totale neurologische hersensysteem. In de geïntegreerde neurowetenschap ligt de nadruk op hoe verschillende

processen in de hersenen met elkaar verbonden zijn. Het vakgebied integreert informatie in databanken en formuleert kwaliteitseisen waaraan deze databanken horen te voldoen. In de geïntegreerde neurowetenschappen komen verschillende specialisaties samen: de moleculaire wetenschap die naar de genetische en cellulaire aspecten kijkt, de anatomie, de gedragswetenschap, de systeemneurowetenschap die naar de zintuigen en het motorisch systeem kijkt, de ontwikkelingswetenschap die naar de ontwikkeling van de hersenen tijdens het volwassen worden kijkt, de cognitieve neurowetenschap en de computational science die de werking van het brein simuleert met computermodellen en klinische observaties. Een belangrijk startpunt in het onderzoek is de menselijke behoefte om gevaar of bedreigingen uit de weg te gaan en naar veiligheid en beloning te streven. Bij mensen wordt dit principe aangestuurd door zowel externe informatie als processen in de hersenen. De geïntegreerde neurowetenschappen streven ernaar om eenduidig begrip te krijgen van de hersenfunctie over verschillende tijdschalen. Verschillende meetmethoden testen deze principes. In plaatst van alleen te vertrouwen op symptomen is een combinatie van informatie over symptomen, hersenen en de genetische informatie van de patiënt nodig om een effectieve behandeling voor de individuele patiënt vast te stellen.

Brainnet In 2003 is Brainnet opgericht. Het bracht wetenschappers uit verschillende disciplines bij elkaar op vijf locaties. Het netwerk groeide snel en nu wordt gemiddeld een wetenschappelijk artikel per week gepubliceerd door wetenschappers die zijn aangesloten bij het netwerk. Het doel van Brainnet


Verenigde Statens | Brainnet brengt neurowetenschappers samen

is kennis over het menselijke brein op te doen bij mensen van alle leeftijden en aan de hand hiervan de achtergrond van psychische gezondheidsproblemen te begrijpen: zowel de oorzaken als behandelmogelijkheden en uiteindelijk preventie. Om dit doel te bereiken heeft Brainnet een wereldwijd consortium van onderzoekers gevormd en voorziet hen van toegang tot verschillende soorten data afkomstig van hersenonderzoek bij individuen.

“Brainnet heeft een wereldwijd consortium van onderzoekers gevormd” De initiatiefnemer van Brainnet is het bedrijf Brain Resource in San Francisco, dat de data uit de eigen database gratis beschikbaar stelt. De database van Brain Resource is de grootste beschikbare bibliotheek van informatie over het menselijk brein uit standaard meetmethoden. De commerciële activiteiten van Brain Resource bestaan uit de verkoop van testen om het functioneren van de hersenen te meten en het bieden van services aan werkgevers, artsen, farmaceutische bedrijven en verzekeraars. Daarnaast doet het bedrijf grootschalige klinische onderzoeken naar neurologische aandoeningen, zoals depressie en ADHD.

brein tot hun genetische informatie. Omdat de database van Brainnet gebruik maakt van gestandaardiseerde meetmethoden, kunnen de verschillende data gemakkelijk worden geïntegreerd. De database wordt bovendien steeds aangevuld. De gestandaardiseerde aanpak is ontwikkeld door Evian Gordon, CEO van Brain Resource. Hij is mede verantwoordelijk voor de opkomst van het nieuwe vakgebied. Met de geïntegreerde aanpak kunnen de problemen in het hersenonderzoek worden aangepakt. De Brainnet database is onder andere toegankelijk via de Society for Neuroscience Neuroscience database gateway (NDG) en het Laboratorium voor Neuro Imaging van University of California Los Angeles.

Bronnen • Website Brainnet http://www.brainnet.net/ • Website Human Connectome Project http://www.humanconnectomeproject.org/ • Nature NeuroScience Artikel 2004 ‘Limits to growth: why neuroscience needs large-scale science’

Meer informatie Marc Nellen

[email protected]


Depressies Een voorbeeld van een project van Brainnet is een onderzoek naar depressies en angsten. Individuele risicofactoren voor depressies zijn eerder geïdentificeerd, maar onderzoek naar de processen die genetische factoren en omgevingsfactoren koppelen aan risicofactoren is niet eerder gedaan. Dit onderzoek maakte gebruik van de gegevens van 374 Europeanen in de vorm van vragenlijsten, algemene en emotionele cognitie, interactie tussen hersenen lichaamsfuncties, genetische informatie en MRI-scans. Uit het project bleek dat er een duidelijk verband bestaat tussen een bepaalde genetische mutatie en het op jonge leeftijd blootgesteld worden aan stress.

Gestandaardiseerde aanpak Brainnet zijn op dit moment gegevens beschikbaar van 5.000 gezonde mensen en van 1.000 mensen met een aandoening als depressie, ADHD, schizofrenie, Alzheimer, obesitas, slaapproblemen, anorexia en hersenbeschadiging. De gebruikte informatiebronnen zijn vragenlijsten, geheugen- en leertesten, testen van reactievermogen van het lichaam, genetische gegevens en MRI- en DTI-scans. Elke meting in de database is gedaan onder een vaststaand protocol, vastgesteld door experts. De vereiste kwaliteit van de metingen is vastgelegd en gepubliceerd. Van individuen kunnen veel verschillende data worden verkregen: van hun klinische geschiedenis en het functioneren van hun

zorgen. Publiek-private samenwerking lijkt de meest voor de hand liggende oplossing om echte stappen voorwaarts te zetten. Brainnet speelt hierbij een belangrijke rol.

Conclusie De neurowetenschap staat voor een aantal uitdagingen. Dagelijks worden enorme hoeveelheden data gegenereerd voor hersenonderzoek, die niet optimaal worden benut. Daarnaast zijn er verschillende onderzoeksdisciplines die slecht samenwerken. Om tot oplossingen te komen om neurologische en psychologische aandoeningen bij patiënten te voorkomen of te genezen, is interdisciplinair onderzoek essentieel. De onderzoekswereld lijkt pas sinds kort tot dit besef te zijn gekomen. Met initiatieven vanuit de Amerikaanse overheid, de markt en de wetenschapswereld zelf zijn netwerken ontstaan die voor doorbraken moeten 58 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

Verenigde Statens | De retina-prothese: Een opzienbarend biomedisch implantaat

De retina-prothese: Een opzienbarend biomedisch implantaat Samenvatting Biomedische implantaten kunnen helpen om verloren gegane lichamelijke functies (gedeeltelijk) te herstellen, zoals het gezichtsvermogen. Op het gebied van gezichtsvermogen is in de VS het ‘U.S. Department of Energy’s (DOE’s) Artificial Retina Project’ leidend . Dit is een samenwerkingsproject met als doel de ontwikkeling van een biomedische retina prothese die het gezichtsvermogen van mensen met een oogziekte waarbij de fotoreceptoren in het oog worden aangetast (zoals bij retinitis pigmentosa en leeftijd gerelateerde macula degeneratie) kan herstellen. Vooraanstaand onderzoek binnen dit programma wordt gedaan door Dr Mark Humayan, verbonden aan het Doheny Eye Institute (2). Vanuit zijn onderzoek is het Argus project opgezet, een samenwerking van nationale laboratoria, universiteiten en een bedrijf. Binnen deze samenwerking is een biomedische retina-prothese ontwikkeld. Inmiddels is het product op de markt en wordt de techniek verder verfijnd met behulp van nieuwe onderzoeken.

Beschadigde neurale cellen herstellen zich niet zoals andere cellen in het lichaam dat doen. Een zenuwbeschadiging is daardoor moeilijk of niet te behandelen. Neurale cellen werken op basis van elektronische stimuli. Biomedische protheses zijn implantaten die de signaalfunctie van beschadigde neurale cellen kunnen overnemen. Zij zorgen dat de elektronische stimuli alsnog op de juiste plek terechtkomen, zodat de daarmee samenhangende functie kan worden uitgeoefend. Het ontwikkelen van deze implantaten vereist een interdisciplinaire aanpak. Biologie, chemie, engineering, medische kennis en datamanagement zijn allemaal nodig. Binnen het Argus-project, gesubsidieerd via het DOE Artificial Retina Project, werken dan ook vijf nationale laboratoria (Argonne, Lawrence Livermore, Los Alamos, Oak Ridge, en Sandia National Laboratories), vier universiteiten (USC (Doheny Eye Institute), California Institute of Technology, North Carolina State University, en de University of California at Santa Cruz) en een commercieel bedrijf, Second Sight® Medical Products Inc., samen om de retinaprothese verder te ontwikkelen en tot een marktrijp product te maken (3).

Hoe werkt de retina-prothese? Een retina-prothese heeft drie onderscheidende onderdelen: detectie van het visuele beeld, stimulatietype en stimulatieplek. Voor elk van deze onderdelen worden op dit moment meerdere mogelijkheden onderzocht en ontwikkeld. Voor alle oogprotheses geldt hetzelfde algemene principe: de prothese neemt de functie van de receptoren in het oog over door lichtsignalen uit een camera of het oog zelf om te zetten in

elektronische impulsen die naar de hersenen gaan (4) (zie figuur 1).

Figuur 1 Schema van een retina-prothese, bestaande uit een externe camera waarmee beelden worden vastgelegd en omgezet in data die worden verstuurd naar de geïmplanteerde unit. Deze decodeert de data en stimuleert de retina met een patroon van elektronische pulsen om gezichtsperceptie op te wekken (bron BMES).

Detectie Voor detectie zijn twee mogelijkheden: lichtgevoelige sensoren (CMOS en CCD chips zoals in een camcorder) of microphotodioden. Microphotodioden hebben twee grote voordelen. Ten eerste zijn ze zelfvoorzienend en kunnen daarom op een kleine chip in het oog worden ingebracht. Daar zetten zij de lichtsignalen direct om in elektronische impulsen. CMOS en CCD hebben een externe energiebron nodig en worden meestal in een kleine camera op een bril gemon-


Verenigde Statens | De retina-prothese: Een opzienbarend biomedisch implantaat

teerd, verbonden met een apparaatje dat bijvoorbeeld aan de broekriem hangt. Ten tweede kunnen vele honderden tot duizenden microphotodioden op een chip worden geplaatst, waardoor een scherper beeld kan worden verkregen dan met CMOS en CCD, die momenteel tot enkele honderden beperkt zijn. Nog een voordeel is dat de persoon met het implantaat via natuurlijke oogbewegingen zijn omgeving kan zien en niet, zoals met een camera, zijn hoofd heen en weer moet bewegen. BMES (UCLA) werkt aan protheses op basis van CMOS en CCD chips. MIT en Cornell werken aan microphotodioden.

gang van de retina groot en er kan zich een vochtcapsule om het systeem vormen. De door Humayan ontwikkelde prothese is een epiretinale prothese. MIT en Stanford werken aan een subretinaal implantaat.

“Uiteindelijk moet het mogelijk zijn om zelfs gezichten goed te herkennen” Huidige ontwikkelingen

Stimulatietype Er zijn twee soorten stimulaties mogelijk: elektrische stimulatie en stimulatie door een neurotransmitter. Elektrische stimulatie wordt tot nu toe het meest gebruikt. Wel heeft dit beperkingen voor de hoeveelheid data die kan worden doorgegeven. Ook kunnen elektroden uitvallen als zij heel klein zijn en dicht op elkaar staan. Naar stimulatie met neurotransmitters vindt momenteel veel onderzoek plaats. Wayne State University en de Mayo Clinic gebruiken microfluïde technieken om methoden te ontwerpen om neurotransmitters af te leveren bij de retina-neuronen. Dit proces is vergelijkbaar met de wijze waarop een inkjetprinter inkt op papier afzet. Hierbij kan op een vele malen kleinere schaal worden gewerkt dan met elektroden. Dat maakt op termijn een potentieel scherper beeld mogelijk. Stimulatieplek De stimulatie kan epiretinaal (op het netvlies, tegen de zenuwcellen aan) of subretinaal (in de holte onder het netvlies) plaatsvinden. Goed contact tussen de stimulator en de retina is van cruciaal belang voor het goed functioneren van de prothese. Het grote voordeel van epiretinale plaatsing is dat er een minder uitgebreide operatie voor nodig is. Wel is het lastiger om goed contact te garanderen, want de plaatsing en fixatie letten zeer nauw. Het voordeel van subretinaal is dat de stimulans altijd goed dicht op de retina zit. Maar de operatie is complexer en er kunnen na plaatsing geen correcties meer plaatsvinden. Ook is de kans op verdere achteruit-

Het eerste retina-implantaat (Argus I) is in 2002 bij zes mensen geïmplanteerd. Dit implantaat had zestien receptoren. Vergelijk dit met het nemen van een digitale foto met zestien pixels: je ziet een paar vage blokjes, maar geen scherp of herkenbaar beeld. Toch bleek dit implantaat al voldoende om vormen te onderscheiden. Daarnaast zullen technieken als contrastversterking en contouraccentuering moeten helpen om een beter beeld te genereren. De tweede versie, Argus II, had al zestig receptoren. Hiermee zijn in 2006 de eerste proeven met mensen begonnen. Inmiddels hebben dertig proefpersonen de Argus II geïmplanteerd gekregen. Nu is er een Argus III met meer dan tweehonderd receptoren. De eerste proeven met mensen moeten nog beginnen. Uiteindelijk wil men naar een versie met meer dan duizend receptoren. Hiermee moet het mogelijk zijn om zelfs gezichten goed te herkennen. Argus is leidend op het gebied van retina-implantaten, ook omdat zij de enige zijn die al uitgebreide testen met mensen hebben gedaan. Binnen het Boston Retinal Implant Project, geleid door Joseph Rizzo van Massachusetts Eye and Ear Infirmary (onderdeel van de Harvard Medical School), werkt men ook aan een retina-implantaat. Het verschil met Argus is dat ze hier hebben gekozen voor een subretinaal implantaat (5). De ervaringen van voorheen blinde mensen zijn bemoedigend. Zie ook het filmpje met Linda Morford op YouTube (6). De Argus II is ontwikkeld om ook uit te groeien tot een commercieel product. Hiervoor is het bedrijf Second Sight in 60 | TWA Special | nummer 5TWAS1101 | april 2011

Californië opgericht (7). Dit bedrijf voert wereldwijd (behalve in de VS ook in Frankrijk, Mexico, Zwitserland en Engeland) studies uit met de Argus II en wil het implantaat in 2011 commercieel op de markt te brengen. De eerste versie is niet voor iedereen weggelegd met een prijskaartje van 80.000 euro, maar die prijs zal dalen naarmate de markt groeit en bijvoorbeeld verzekeringsmaatschappijen het implantaat opnemen in hun pakketten.

Conclusies Meer dan dertien onderzoekscentra op vijf continenten werken aan retina-protheses. De eerste ervaringen van proefpersonen zijn bemoedigend. Voorheen blinde mensen hebben gezichtsvermogen teruggekregen, waarmee zij licht kunnen zien, vormen kunnen onderscheiden en soms zelf al grote letters kunnen lezen. Het onderzoek naar retina-protheses staat nog in de kinderschoenen en verwacht wordt dat nieuwe modellen en ontwikkelingen steeds meer gezichtsvermogen kunnen herstellen.

Bronnen en meer informatie • http://artificialretina.energy.gov/ • Zie het nieuwsbericht ‘Biomedische implantaten: hoe blinden kunnen zien’ op de TWA website.

• http://singularityhub.com/2010/03/20/ the-artificial-retina-is-near-the-argus-iii/# • http://www.revophth.com/index. asp?page=1_14624.htm • http://www.rle.mit.edu/rleonline/research/ RetinalImplantResearchGroup.html • Zie het interview met Linda Morford: http:// singularityhub.com/2010/04/15/ cant-miss-videos-of-the-argus-artificialretina-in-action/# • http://www.2-sight.com/ • http://www.economist.com/ node/17647663?story_id=17647663&fsrc=rss

Meer informatie Bianca Oudshoff

[email protected]


Verenigde Statens | Brain-Computer Interfaces

Brain-Computer Interfaces Natasha Chatlein Samenvatting Het onderzoek naar Brain-Computer Interfaces (BCI) zit als gevolg van de technologische vooruitgang sinds midden jaren negentig in een stroomversnelling. Dat levert nieuwe medische, maar vooral niet-medische toepassingen op, bijvoorbeeld voor het leger, in gaming en voor mobiele telefonie. De verwachting is dat over twintig jaar veel commerciële producten beschikbaar zullen zijn die met BSI-technologie werken.

Brain-Computer Interfaces kunnen door gebruik van zowel invasieve als niet-invasieve methoden hersensignalen opnemen om zo multidimensionale beheersing van een robotarm of neuroprotheses tot uitdrukking te laten komen. Ook virtual reality omgevingen, computers, revalidatie-technologieën en robots kunnen enkel door te denken bestuurd worden. Patiënten die totaal verlamd zijn door bijvoorbeeld een dwarslaesie of die aan Lou Gehrig’s Disease lijden, maar cognitief nog functioneren, kunnen met deze methode effectief communiceren en in sommige gevallen zelfs de controle hervatten over alledaagse taken.

BCI Brain-Computer Interface (BCI), ook wel Direct Neural Interface of Brain-Machine Interface (BMI) genoemd, is een technologie die elektrofysiologische activiteit omzet in signalen die een computer vervolgens kan interpreteren. Het is al mogelijk om enkel via gedachten een cursor op een monitor te besturen. Dankzij de opmerkelijke neurale plasticiteit van het menselijk brein kunnen de hersenen signalen van in hersenweefsel geïmplanteerde protheses behandelen als natuurlijke sensoren, nadat deze signalen zijn gemeten, versterkt en gedigitaliseerd. Neurale plasticiteit, of hersenplasticiteit, is het vermogen van de hersenen om te veranderen door nieuwe informatie te verwerven, bijvoorbeeld als gevolg van ontwikkeling, ervaring of leren.

Onderzoek BCI-onderzoek is niet nieuw. De University of California Los Angeles (UCLA) begon al in de jaren zeventig met onderzoek hiernaar. Dat gebeurde met behulp van een subsidie van de National Science Foundation (NSF), gevolgd door een contract van de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). In de jaren tachtig vond een onderzoeker aan de John Hopkins University een wiskundige relatie

tussen elektrische reacties van enkele motorcortex neuronen in Rhesus-apen en de richting waarin de apen hun armen bewogen. Door de technologische beperkingen van die tijd verliepen de ontwikkelingen op het gebied van BCI-onderzoek traag. Vanaf midden jaren negentig kwamen die echter opeens in een stroomversnelling. Het is verschillende wetenschappers en onderzoeksgroepen gelukt om complexe hersensignalen op te vangen en deze te gebruiken om ingewikkelde externe apparaten en te bedienen. In 2008 werd aangetoond dat apen kunnen leren om een bio-feedback prothesearm te bedienen door middel van neurale activiteit die zij vrijwillig kunnen beheersen, als zij beloond werden voor het genereren van passende patronen van neurale activiteit.

Invasieve, semi-invasieve en niet-invasieve BCI Niet-invasieve BCI is de meest gebruikelijke manier om hersensignalen te meten. Dat gebeurt met op de schedel aangebrachte elektroden. Dit kan op vier manieren: 1. Elektro-encefalografisch (EEG-BCI). Dit is de gemakkelijkste en meest kostenbesparende methode en het kan gebruikt worden buiten een medisch laboratorium. 2. Magneto-encefalografisch (MEG-BCI). Deze methode meet de magnetische velden die ontstaan door de stroom die vrijkomt bij neurale activiteit. 3. Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI-BCI). fMRI produceert een 3D-weergave van de hersenactiviteit. Deze methode is veel preciezer dan EEG, maar zeer kostbaar en bovendien laboratorium gebonden. Near Infrared Spectroscopy (NIRS-BCI). Vergelijkbaar met fMRI, maar minder duur. Daarnaast hoeft het ook niet in een lab plaats te vinden.



zenuwstelsel aan een apparaat gekoppeld, terwijl bij BCI meestal de hersenen (en soms ook het zenuwstelsel) aan een computersysteem gekoppeld worden. Uiteindelijk streven BCI’s en neuroprotheses naar soortgelijke doelen, zoals herstel van gehoor, beweging, zicht, vermogen om te communiceren en in sommige gevallen zelfs cognitieve functies. Beide maken gebruik van vergelijkbare experimentele methoden en chirurgische technieken.

Neurale protheses

Figuur 1 Rhesus-aap beheerst prothetische arm mbv hersengolven

Alhoewel niet-invasieve implantaten makkelijk draagbaar zijn en er vrijwel geen kans is op complicaties door infecties en opbouw van littekenweefsel, kleeft er toch een groot nadeel aan: de geproduceerde signalen zijn van lage kwaliteit doordat de schedel de golven verbuigt. Het is hierdoor moeilijk te bepalen uit welke gedeelten van het brein de signalen komen. Daarnaast tast allerlei interference van buiten, zoals medische apparatuur, de kwaliteit van de signalen sterk aan. Het systeemantwoord is dan wel accuraat, maar de precisie laat te wensen over. Als meer precisie vereist is, dan is invasieve BCI een optie. Bij semi-invasieve BCI worden implantaten onder de schedel op de hersenen geplaatst. Bij invasieve BCI worden implantaten rechtstreeks in de

hersenschors aangebracht met behulp van neurochirurgie. De neurale activiteit in de hersenen wordt gemeten door elektrocorticografie (ECoG). EcoG signalen hebben een grote bandbreedte en hoge amplitude, waardoor preciezer kan worden nagegaan welke neuronen in welke gedeelten van het brein actief zijn. Nadeel van invasieve BCI is dat het lichaam de implantaten kan verstoten, er infecties kunnen optreden en littekenweefsel kan ontstaan. Littekenweefsel heeft direct invloed op de sterkte van het signaal. Ook kan de stabiliteit van de implantaten over langere termijn dubieus worden.

BCI vs. neuroprothese De termen BCI en neuroprothese worden vaak door elkaar gebruikt. Er is echter wel een verschil: bij neuroprotheses wordt het

Figuur 2 A lgemene architectuur van een niet-invasieve BCI


Stanford Neural Prosthetic Systems Laboratory Het Stanford Neural Prosthetic Systems Laboratory doet onderzoek op het gebied van neurowetenschappen en neuro-engineering om beter inzicht te krijgen in hoe het brein door neuron gevuurde signalen omzet in acties en bewegingsimpulsen verwerkt en genereert. Het onderzoek betreft het ontwerpen, bouwen en testen van medische systemen die elektrische signalen van neuronen in de hersenen kunnen omzetten in stuursignalen voor prothetische armen en computercursors. Het doel is om neurale protheses te ontwikkelen voor patiënten die ledematen niet meer kunnen gebruiken of zelfs moeten missen.

Nieuwe ontwikkelingen Brain-to-game interfaces Emotiv Systems EPOC Gelaatsuitdrukkingen, intuïtie en perceptie (de zogenoemde onbewuste non-verbale communicatie) waren nooit onderdeel van de interactie tussen mens en machine. Het bedrijf Emotiv Systems heeft daar verandering in gebracht. Hun ‘EPOC Brain-Reading Gaming Headset’ kan met behulp van sensoren de gedachten, gevoelens en gelaatsuitdrukkingen van een gamer detecteren. De EPOC legt draadloze verbindingen met game-platforms van consoles tot en met pc’s. In principe maakt de EPOC gebruik van niet-invasieve EEG. Brain-to-Mobile Phone interface Dartmouth University Mobile Sensing Group Onderzoekers van Dartmouth University hebben het met het Neurophone-project mogelijk gemaakt om iemand op een mobiele telefoon te bellen via hersengolven. Het Neurophone-project verbindt een


Figuur 4 De Emotiv EPOC Headset

een groot aantal commerciële producten, zoals een bluetooth-headset waar niet in gesproken hoeft te worden en gaming consoles die zonder controllers kunnen worden bediend.

Bronnen

Figuur 3 A lgemene architectuur van een invasieve BCI

EEG-headset van het bedrijf Emotiv Systems met een doorsnee smartphone. De headset controleert de neurale activiteit, terwijl een app op de smartphone foto’s van de contacten doorloopt en degene aan wie wordt gedacht herkent en vervolgens belt. Het bedrijf NeuroSky in San Jose, CA, heeft een vergelijkbaar concept ontwikkeld met hun NeuroSky EEG headset.

BCI in het leger In augustus 2008 kreeg een onderzoeksconsortium van UC Irvine, Carnegie Mellon University en University of Maryland een vijfjarig contract voor vier miljoen dollar van de U.S. Army. Hiermee moet een begin worden gemaakt met het ontwikkelen van ‘gedachtenhelmen’ (thought helmets), waarmee militairen via hun gedachten met elkaar kunnen communiceren. Deze helmen moeten de hersengolven opvangen en een harnas vormen voor stille (dus beveiligde) communicatie tussen de militaire troepen. Aanvankelijk hoopt het leger dat hersengolven worden vastgelegd met geavanceerde software, die vervolgens de golven in hoorbare radioberichten vertaalt voor andere troepen in het veld - in principe een radio zonder microfoon. Het Amerikaanse leger hoopt dat het project zal leiden tot directe mentale controle van

militaire systemen.

• BrainComputerInterface.com http://www.braincomputerinterface.com/ • East Tennessee State University Brain-Computer Interface Laboratory

Conclusie Onderzoek heeft uitgewezen dat patiënten die zware letselschade hebben opgelopen, sneller herstellen als ze toegang hebben tot BCI. Dat geldt vooral voor personen die niet meer kunnen communiceren. Deze patiënten melden een hoger percentage van geestelijke betrokkenheid en uiteindelijk ook herstel. Daarnaast laat BCItechnologie ook veelbelovende tekenen zien in zowel het voorkomen als uitstellen van dementie, de ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson. Het Stanford Neural Prosthetic Systems Laboratory is bezig met R&D op het gebied van neurale protheses voor gehandicapten en personen die ledematen hebben verloren. BCI-onderzoek is niet nieuw; al sinds de jaren zeventig vindt er actief onderzoek plaats op dit gebied. De laatste tien jaar is dit onderzoek in een stroomversnelling gekomen als gevolg van de razendsnelle technologische vooruitgang, vooral op het gebied van computers. Er zijn veel nieuwe ontwikkelingen op het gebied van BCI, vooral in niet-medische toepassingen. BCI wordt nu ontwikkeld voor gebruik in het leger, in gaming en in mobiele telefoons. De verwachting is dat BCI over twintig jaar aanwezig zal zijn in 63 | Brains mean business

http://www.etsu.edu/cas/bcilab/default.aspx • Neural Prosthetic Systems Laboratory (NPSL), Stanford University

http://www.stanford.edu/~shenoy/Group. htm • Monkey Think Monkey Do with a Robotic Arm http://www.scientificamerican.com/article. cfm?id=monkeys-see-monkey-do-wit • Emotiv Epoc http://www.emotiv.com/ • Comprehensive list of research labs focused on BCIs. http://www.nowpossible.com/bci.htm • “Non-Invasive Brain Machine Interaction” Millan et.al., International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence. Vol. 22, No. 5 (2008) 959-972

• “Is this the Bionic Man?” Nature. Vol. 442, Issue no. 7099, 13 July 2006

• The Army’s Totally Serious Mind-Control Project, Mark Thompson, Sunday, Sep 14 2008

http://www.time.com/time/nation/ article/0,8599,1841108,00.html • The World’s First Commercial Brain-Computer Interface + history of BCI

http://current.com/1jidc4c

Meer informatie Natasha Chatlein

[email protected]


Provisional Program “Brains mean Business”

Programma Netherlands Science & Technology Officers Network seminar on Brain & Cognition “BRAINS MEAN BUSINESS” in cooperation with the National Initiative on Brain & Cognition of the Netherlands Organisation for Scientific Research, NWO


Provisional Program “Brains mean Business”

Provisional programme Tuesday 17 May 2011 Venue: Holiday Inn Hotel, Leiden Day 1 11.00-11.30

Coffee and registration

11.30-11.45

Welcome by seminar chairman Peter Desain http://www.nici.kun.nl/mmm/personal/desain/desain.html

11.45-12.30

Opening address by Henry Markram, Switzerland http://bluebrain.epfl.ch/page18900.html Brain & Cognition R&D beyond the blue brain project: future emerging technologies for the human brain in diagnostics and devices

12.30-13.00

Neurodiagnostics Moderator, Leon Kenemans

Neurodevices Moderator, Ole Jensen

http://www.uu.nl/uupublish/defaculteit/organisatie/ afdelingen/psychonomie/psychonomie/medewerkers/ medewerkers/kenemansprofdrjl/16069main.html

http://www.ru.nl/donders/persoonsprofielen/ ole-jensen/

Guest speaker 1 José Alain Sahel, France

Guest speaker 4 Dr. Guan Cuntai, Singapore

http://www.institut-vision.org/index.php?lang=fr

http://www.i2r.a-star.edu.sg/Guan_Cuntai.html

13.00-14.00

Lunch

14.00-14.30

Speaker 1 NL Pieter Roelfsema

Speaker 4 NL t.b.c.

http://www.nin.knaw.nl/research_groups/ roelfsema_group/team/ 14.30-15.00

Guest speaker 2 t.b.c.

Guest speaker 5 Tianzi Jiang, China http://www.nlpr.ia.ac.cn/jiangtz/

15.00-15.15

Speaker 2 NL, Serge Rombouts

Speaker 5 NL Bart Ter Haar Romeny

http://www.libc-leiden.nl/deelnemers/SergeRombouts.htm

http://bmia.bmt.tue.nl/people/bromeny/index.html

15.15-15.30

Power break

15.30-16.00

Guest speaker 3 t.b.a.,Japan

Guest speaker 6 Stanley Yang, United States

http://www.shimadzu.com/

http://www.neurosky.com/

Speaker 3 NL Reinder Haakma

Speaker 6 NL Paul Tiesinga

http://www.research.philips.com/

http://www.ru.nl/donders/persoonsprofielen/paul-tiesinga/

16.00-16.30

16.30-16.45

Plenary Q&A by seminar chairman

16.45-17.00

Wrap up by chairman


Colofon Dit is een publicatie van: Agentschap NL NL EVD Internationaal Bezoekadres Juliana van Stolberglaan 148 2595 CL Den Haag T (088) 602 19 91 E [email protected] www.twanetwerk.nl Postadres Postbus 20105 2509 EC Den Haag © Rijksoverheid | april 2011 Publicatie-nr. 5TWAS1101 ISSN: 1572-6045

in de Verenigde Staten (omvat ook Canada), Japan, Zuid-Korea (omvat ook Taiwan), India, Singapore, China, Duitsland, EU (Brussel), Frankrijk, Zweden. TWA Nieuwsbrief/TWA Special is een uitgave van NL EVD Internationaal.

Abonnementen TWA Nieuwsbrief/TWA Special is gratis beschikbaar. Om TWA Nieuwsbrief/ TWA Special aan te vragen of om adres wijzigingen of annuleringen door te geven, kunt u ons e-mailen via [email protected]. TWA Nieuwsbrief is digitaal beschikbaar, aanvragen via www.mijnevd.nl

Advertenties/Aankondigingen Agentschap NL is een agentschap van het ministerie van Economische Zaken, Landbouw en Innovatie. Agentschap NL voert beleid uit voor diverse overheden als het gaat om duurzaamheid, innovatie en internationaal. Agentschap NL is hét aanspreekpunt voor bedrijven, kennisinstellingen en overheden. Voor informatie en advies, financiering, netwerken en weten regelgeving. De divisie NL EVD Internationaal stimuleert internationaal ondernemen en samen werken en een positieve beeldvorming van Nederland in het buitenland.

TWA Netwerk Voor Nederlandse bedrijven en instellingen die op de hoogte willen blijven van de internationale technologische ontwikke lingen, is er TWA Nieuwsbrief/TWA Special. TWA Nieuwsbrief/TWA Special wordt samengesteld door de Technisch Wetenschappelijk Attachés (TWA’s), verbonden aan de Nederlandse ambassades

TWA Nieuwsbrief/TWA Special heeft de mogelijkheid aankondigingen te plaatsen. Wilt u daarvan gebruikmaken, neemt u dan contact op met de TWA-post in uw regio /de TWA-Thuisbasis. Advertenties worden niet geplaatst in TWA Nieuwsbrief/ TWA Special.

Overname van artikelen Overname van (delen van) artikelen is toegestaan met bronvermelding. Stuurt u een afdruk van de overname aan TWA-Thuisbasis.

Illustraties, tabellen en weblinks De kwaliteit van illustraties, tabellen en weblinks kan bij het publiceren in TWA Nieuwsbrief/TWA Special niet altijd voldoende gewaarborgd worden. Daarom treft u in plaats daarvan een verwijzing naar onze website, www.twanetwerk.nl. Verwijzingen naar weblinks kunt u terugvinden onder het artikel of nieuws item van de betreffende TWA-post.


Meer informatie Heeft u vragen naar aanleiding van de inhoud van TWA Nieuwsbrief/TWA Special? Stel uw vraag aan de betreffende TWA-post. Stel uw vraag per brief of e-mail en geef bij voorkeur ook aan in welk kader en met welk doel u zoekt naar de betreffende informatie. U kunt uw vraag ook richten aan de TWA-Thuisbasis in Den Haag. Zij stuurt de vraagdoor naar de betreffende TWA-post(en).

Eindredactie Bureau Lorient Communicatie BV

Ontwerp Tigges, strategie, concept, ontwerp, Rijswijk.

Drukwerk en verzending Vijfkeerblauw

TWA Thuisbasis

TWA India F 3.30 uur later

TWA Zuid-Korea F 7 uur later

Hoofdkantoor TWA Netwerk Postbus 20105 2500 EC Den Haag telefoon: +31 88 6028237 email: [email protected] Servaas Duterloo, Sebastiaan Berendse, Lies Timorason, Wiwik Khohonggiem en Esther Begemann (secretariaat).

Embassy of the Kingdom of the Netherlands Department for Science & Technology 6/50-F, Shantipath, Chnakyapuri, New Delhi 110 021 telefoon: +91 11 24197625 (direct) +91 11 24197675 (algemeen) +91 98 73076764 (mobiel) telefax: +91 11 24197710 email: [email protected] Theo Groothuizen, Freek Jan Frerichs.

Embassy of the Kingdom of the Netherlands Netherlands Office of Science and Technology 10F Jeongdong Building 15-5 Jeong-dong, Jung-gu Seoul, 100-784 telefoon: +82 2 3118600 telefax: +82 2 3118650 email: [email protected] Peter Wijlhuizen en Yewon Cha (assistent).

TWA Japan F 7 uur later

Kungliga Nederländska Ambassad Götgatan 16A SE-104 65 Stockholm telefoon: +46 8 55693320 telefax: +46 8 55693311 email: [email protected] Sigrid Westman (assistent).

TWA China F 7 uur later Embassy of the Kingdom of the Netherlands 4, Liangmahe Nanlu Beijing 100600 telefoon: +86 10 85320259 telefax: +86 10 85320302 email: [email protected] Jan Reint Smit, Jingmin Kan en Coen Poon (office manager). Jaap van Etten en Dirk Jan Boudeling (Shanghai) email: [email protected]. Han Wesseling (Guangzhou) email: [email protected]

TWA Duitsland Botschaft des Königreichs der Niederlande Büro für Wissenschaft und Technologie Klosterstrasse 50 D-10179 Berlin telefoon: + 49 30 20956219 telefax: + 49 30 20956471 email: [email protected] Wout van Wijngaarden, Joop Gilijamse en Sonja Schwirkmann (office manager).

Embassy of the Kingdom of the Netherlands Office for Science and Technology 3-6-3 Shibakoen Minato-ku, Tokio 105-0011 telefoon: +81 3 57765510 telefax: +81 3 57765534 email: [email protected] Paul op den Brouw, Daan Archer, Rob Stroeks, Kikuo Hayakawa en Mihoko Ishii (office manager).

TWA Zweden

TWA Singapore F 6 uur later Embassy of the Kingdom of the Netherlands Office for Science and Technology 541 Orchard Road, 13-01 Liat Towers Singapore 238881 telefoon: +65 67391111 telefax: +65 67372431 email: [email protected] Gaby Offermans en Susanne van Loon (office manager).

TWA EU

TWA Verenigde Staten Washington F 6 uur vroeger

Permanente Vertegenwoordiging van het Koninkrijk der Nederlanden bij de Europese Unie Avenue de Cortenbergh 4-10 1040 Brussel telefoon: +32 2 679 1665 telefax: +32 2 6791777 email: [email protected] Davy Pieters.

Embassy of the Kingdom of the Netherlands Office for Science & Technology 4200 Linnean Avenue N.W. Washington DC 20008-3896 telefoon: +1 202 2742727 telefax: +1 202 9660728 email: [email protected] Hans Bakker, Karin Louzada, Barbara Staals (assistent) en Gerda Camara (office manager).

TWA Frankrijk

San Francisco F 9 uur vroeger

Ambassade du Royaume des Pays-Bas Service pour la Science et la Technologie 7 Rue Eblé F-75007, Paris telefoon: + 33 1 40623333 telefax: + 33 1 40623456 email: [email protected] Vacature, Joannette Polo-Leemreis en Elisabeth van Zutphen (office manager).

Netherlands Office for Science and Technology 1 Montgomery Street, Suite 3100 San Francisco, CA 94104 telefoon: +1 650 4030222 telefax: +1 650 3498201 email: [email protected] Bianca Oudshoff, Marc Nellen en Natasha Chatlein (assistent).

67 | Trendwatchers voor innovatie en technologie

TWA Special. Technisch Wetenschappelijke Attachés Brains mean businesss

Recommend Documents