Robbert Dijkgraaf: alles wat je wilde weten over symmetrie binnen 50 minuten. DWDD University.

Robbert dijkgraaf: normaal (midden),
zijn Rechter kant dubbel (Links), zijn L-kant dubbel (R)
vooral de asymmetrische mond veroorzaakte verschil!

 

Vrijdagavond 24 november 2017 direct na het 8 uur journaal gaf Robbert Dijkgraaf al weer zijn 7e DWDD University college, dit keer over symmetrie. In een hoog tempo kwam werkelijk (bijna) alles voorbij: symmetrisch tuin, binnenhuis, en steden ontwerpen, Kepler-sneeuwvlok, zeester, radiolaria, griepvirus, appel, kaki, bijenraat, kippengaas, piramides, Griekse veelhoeken, voetbal, buckyball, Laatste Avondmaal, gulden snede, zonnebloem, Nautilus schelp, rubik cube, behangpatronen, muziek, Chladni-patronen, gezichtspiegelingen (zie foto), "Links-Rechts is een afspraak, in tegenstelling onder-boven" [1], Rorschach test, kurketrekker, asymmetrische ligging inwendige organen zoals hart, lever en milt; DNA, suikers, eiwitten, aminozuren, zoetstof, softenon, zwakke kernkrachten, elementaire deeltjes van Emmy Noether.

De uitzending was live en alles verliep vlekkeloos, zonder versprekingen of mislukte experimenten en alles in een hoog tempo. De toeschouwers kregen niet de kans om zich te vervelen. Zo'n perfecte voorstelling moet een enorme voorbereiding gekost hebben van een heel team van adviseurs en technici. Soms lag het tempo zo hoog dat cameramensen er niet in slaagden een experiment goed in beeld te krijgen. Ik had graag links of verwijzingen naar literatuur of internet gehad over de onderwerpen. Dat gaat helaas niet in zo'n uitzending.

Links-draaiend DNA dat U in de spiegel ziet,
komt in geen enkel levend wezen op aarde voor

 

Behalve mijn behoefte naar meer details en wetenschappelijke achtergronden, kon ik hem op één onjuistheid / onvolledigheid betrappen: "Links-draaiend (left-handed) DNA zit in geen enkel levend wezen op aarde". Dijkgraaf acht het onwaarschijnlijk dat er ergens in het heelal een planeet bestaat waar het DNA naar links draait. Maar: volgens wikipedia: "At least three DNA conformations are believed to be found in nature, A-DNA, B-DNA, and Z-DNA." Rechtsdraaiend B-DNA is het meest voorkomend standaard Watson-Crick model van DNA. Z-DNA is left-handed DNA. Dit left-handed DNA is aangetoond in het menselijk chromosoom 22. Daarnaast komen er vele alternatieve synthetische DNA vormen voor. Maar goed, bij benadering had Dijkgraaf gelijk.

Wat ik verder nog moet navragen / uitzoeken: het toxische effect van softenon  zou veroorzaakt zijn door een mengsel van L- en R-draaiende moleculen. Volgens Dijkgraaf zouden alle farmaceutisch werkzame stoffen één kant uitdraaien. Maar volgens wikipedia (softenon): " in het lichaam gaat de ene enantiomeer heel snel over in de andere en ontstaat het mengsel van de S- en de R-vorm.". Maar als dat geldt voor softenon, zou het dan niet gelden voor alle geneesmiddelen?

Tenslotte, nog een leuk effect van symmetrie wat Dijkgraaf noemde en wat mooi aansluit bij mijn vorig blog over het meten van bewustzijnsgraden: perfecte symmetrie geeft informatie redundantie. Als bijvoorbeeld een bloem volledig symmetrisch is, heb je in principe veel minder informatie nodig om de bloem te specificeren dan wanneer het een onregelmatige bloemvorm zou zijn. etc. Dat moet ik verder uitdiepen. 
Is de genetische instructie van je Linker en Rechter hand (voet) hetzelfde? Maar ze zijn niet hetzelfde! Of toch wel? Ze zijn elkaars spiegelbeeld. Het is maar net hoe je ze op elkaar legt. Hoe doet het embryo dat? Eén ding is zeker: de hand zelf is niet symmetrisch. Idem: de ogen.

meisje met identieke ogen.
Deze foto is niet van Dijkgraaf, ik heb het rechter oog
(op de foto!) vervangen door kopie van het linker oog.

Het embryo hoeft niet te 'weten' wat links en rechts is, maar moet wel weten dat het spiegelbeeldige handen, voeten en ogen moet maken. Het is mogelijk dat de genetische instructies voor linker en rechter hand en oog hetzelfde zijn, maar dat de context, de omliggende cellen, bepalen of het een linker of rechter exemplaar wordt. Op die manier verklaar je waarom de oogkleur van beide ogen bijna altijd hetzelfde is en waarom handen in alle andere opzichten zo veel op elkaar lijken.

Noten

1. Robbert Dijkgraaf: "Stel je moet iemand aan de telefoon uitleggen wat Links en Rechts is als je niet ergens aan kunt refereren. Hoe doe je dat?" Dat kan niet. Gaaf voorbeeld! Rechts is de hand waarmee je schrijft werkt niet als je niet weet met welke hand die persoon schrijft. Misschien de plaats van je hart? Maar er zijn zeldzame gevallen waar het hart rechts zit. Wat dacht U hiervan:
2. Postscript 29 Nov 2021.  Kijk in de richting van de zon. De richting die de zon beweegt noemen we rechts. Is daar iets mis mee?
   

Evolutionair psycholoog Mark van Vugt: Met wapens werd de democratie gevestigd.

Mark van Vugt

Een kort blogje over een column getiteld 'Met wapens werd de democratie gevestigd' [1] van evolutionair psycholoog Mark van Vugt (VU).

"De VS is wereld recordhouder met een gemiddelde van 100 vuurwapens per 100 inwoners. Ter vergelijking bezitten ongeveer 4 op de 100 Nederlanders een vuurwapen. De kans om het slachtoffer te worden van vuurwapengeweld ligt in de VS ongeveer 20 keer zo hoog als in Europa."

Tot zover niets nieuws. Nu begint het interessant te worden: "Zo is ook het wapenbezit voor veel Amerikanen een heilige waarde waar geen rationele argumenten tegen opgewassen zijn.".

Nu wordt evolutie geïntroduceerd in het verhaal:

"Misschien hebben ze [mijn collega's in Oxford] wel gelijk. Evolutionaire wetenschappers betoogden onlangs in het tijdschrift Current Anthropology dat er een historische relatie tussen wapens en democratie. Dat zit zo. De meeste apensoorten leven in dominantie-hierarchieën, waar de fysiek sterkte de baas is over de rest. De mens is een uitzondering, want wij kiezen onze leiders. Vanwaar dit verschil?
De theorie is dat de mens om te overleven op de savanne moest gaan jagen op voedsel. Daarvoor waren wapens nodig zoals speren en steenslingers. Toen bedacht de oermens dat deze wapens niet alleen op dieren, maar ook op elkaar  gebruikt konden worden. Het werd riskant om dominant te zijn, omdat de bewapende groep zich tegen je kon keren. Als je de baas wilde spelen, dan moest je de groep zien te overtuigen met woorden en daden. Zo veranderde dominantie in leiderschp en despotisme in democratie. Democratie werd niet geboren in Athene of Rome, maar op de Afrikaanse savanne en werd mogelijk gemaakt door wapens."

Sommigen zullen onmiddellijk tegensputteren bij het onfalsifieerbare savanne verhaal. Ik hoop dat er goede data zijn om dit savanne verhaal te ondersteunen! Wapens kun je nog aantreffen in opgravingen, maar hoe stelt een evolutionair psycholoog democratie op de savanne vast? Afgezien daarvan vraag ik me af hoe dat enorme 20-voudige (!) verschil om slachtoffer te worden van vuurwapengeweld tussen Amerika en Europa verklaard kan worden door het savanne verhaal. De VS en Europa hebben beide een democratie, beiden hebben de beschikking over wapens, en beide stammen af van die savanne bewoners. Waarom heeft VS dan vele malen meer wapens dan Europa? Amerikanen stammen grotendeels af van Europese migranten. Hoe gaat de evolutionaire psychologie dat verschil verklaren? Als dat verschil zit in de geschiedenis van de afgelopen eeuwen, hoe relevant is dat savanne verhaal?

En als het riskant is voor een leider om dominant te zijn vanwege wapens, waarom bestaan er dan succesvolle dictators? Dictators gebruiken toch juist wapens om hun positie veilig te stellen? Het is maar net wie de wapens ter hand neemt.

Een verontrustend aspect van het verhaal van Mark van Vugt is dat het verhaal het recht op wapens lijkt te legitimeren. Het is wetenschappelijk vastgesteld dat met wapens de democratie gevestigd werd, dus wapens zijn en blijven nodig de democratie te handhaven. Zo lijkt het. Maar, als wapens niet meer nodig zijn nadat democratie gevestigd is, waarom heeft Amerika ze nog steeds?  

Hoe dan ook, wapenfabrikanten zullen erg blij zijn met dit verhaal. Als voor Amerikanen wapenbezit ook nog een heilige waarde is, dan kunnen weldenkende mensen de hoop opgeven dat dat het aantal van meer dan 8000 doden per jaar door wapens ooit zal verminderen. Is dat de prijs die Amerikanen moeten betalen voor democratie? Een zeer pessimistische kijk op de toekomst die kennelijk gelegitimeerd wordt door de evolutionaire psychologie.

Ik vrees dat de toch al niet zo goede reputatie van evolutionaire psychologie al weer een deuk heeft gekregen door deze column.

Postscript woensdag 22 november 2017

Mark van Vugt geeft blijk van grote naïviteit met zijn "Met wapens werd de democratie gevestigd". De NRA (National Rifle Association) in Amerika heeft de absolute macht in politiek, publieke meningsvorming en wetgeving. Ze is in staat om iedere wetgeving die de dodelijke impact van wapens in handen van burgers moet inperken te frustreren. Zelfs wetenschappelijk onderzoek (!) door overheids instanties (!) naar preventie van dodelijke ongelukken, en zelfs het bijhouden van statistieken van dodelijke ongelukken door wapens wordt door de wapen lobby (NRA) gefrustreerd. (zie: The power of the NRA — in two charts, The Washington Post). Geen enkele Amerikaanse president of politicus kan de NRA negeren. Over democratie gesproken! 
In Nederland bestaat zoiets niet, maar het is enigszins vergelijkbaar als bijvoorbeeld de ANWB succesvol zou frustreren dat er statistieken worden bijgehouden van dodelijke verkeersongelukken, of het verhinderen dat er in grote steden milieuzones worden ingesteld of dat er ook maar iets ten nadele van de heilige koe (de auto) werd ondernemen. Dat Mark van Vugt uitgerekend Amerika ten tonele voert en zelfs lijkt te verdedigen is wel zijn grootste blunder.

Noten

1. Mark van Vugt: 'Met wapens werd de democratie gevestigd', Trouw za 18 nov 17 
2. het woord 'heilig' doet me aan religie denken. Amerika kun je nog gerust een christelijk land noemen.

Een nieuwe betrouwbare maatstaf voor de mate van bewustzijn bij mensen? 0,31 is de drempel voor bewustzijn?

Scientific American (Nov 2017)
How to Make a Consciousness Meter

In de Scientific American (Nov 2017) verscheen een lezenswaardig artikel How to Make a Consciousness Meter. Christof Koch beschrijft een verbeterde methode om de mate van bewustzijn vast te stellen. 

De motivatie om dit te doen is om vast te stellen of patiënten die niet of nauwelijks meer reageren op hun omgeving of er nog enige mate van bewustzijn in de hersenen aanwezig is. Denk aan patiënten met een locked-in syndroom of comapatiënten. De onderzoekers meten de reactie van het brein op een magnetische puls van buiten af toegediend op de hersenen (dus niet de spontaan aanwezige activiteit). De totale reactie van het brein wordt geregistreerd. De complexe reacties worden 'samengevat' door middel van het ZIP algoritme (Lempel-Ziv compression) [6], dat is compressietechniek uit de informatica. De onderzoekers willen hiermee de complexiteit van de reactie van het brein in één getal vastleggen (PCI: Perturbational Complexity Index). Hoe complexer het beeld, hoe groter het databestand. Hoe meer regelmaat en voorspelbaarheid, hoe makkelijker de data gecomprimeerd kunnen worden zonder informatieverlies. De complexiteit wordt uitgedrukt in een getal tussen 0 (laagste) en 1 (hoogste complexiteit). (Je zou het makkelijk kunnen vertalen in percentages van 0 tot 100%).

De test hebben ze op een zeer divers panel van gezonde mensen, slapende mensen (met en zonder REM activiteit), mensen onder algehele verdoving, en mensen met hersenbeschadiging getest. Ze stelden een drempelwaarde van 0,31 vast. Proefpersonen met bewustzijn hadden alle een waarde groter dan 0,31 en patiënten die niet of nauwelijks reageren op externe stimuli zaten onder 0,31.

Alle uitkomsten. Linker helft: 'behavioral responsiveness',
rechts: 'behavioral unresponsiveness'.
horizontale lijn is 0,31. daarboven: bewustzijn, daaronder geen.
paarse punten: Vegetative State patients met bewustzijn (rechtsboven).
uit publicatie [1]

zelfde figuur maar nu heb ik de open dots ingekleurd:
de spreiding gaat ruim over de 0,31 grens heen! (17-11-17)

Christof Koch, die niet bij het onderzoek betrokken was, is enthousiast over de resultaten, maar is verontrust over de 9 vegetative state patiënten (paarse stippen op grafiek) omdat zij volgens de test bewustzijn hebben. En dat vind hij verontrustend omdat ze totaal niet kunnen communiceren. Dat zijn 9 van de in totaal 43 patiënten in een vegetatieve staat (VS), die dus niet reageren op de omgeving, maar toch een test resultaat hadden groter dan 0,31. Dat is vergelijkbaar met proefpersonen bij bewustzijn. Dat is een opmerkelijke uitkomst. De onderzoekers zelf noemen dat geen false positives, maar juist een voordeel, een winstpunt van hun methode.

Ik heb mijn twijfels bij het gebruikte algoritme. Als ik zie dat hun bewustzijnsindex is gebaseerd op een 40 jaar oud compressie algoritme [6] om beelden te comprimeren, dan begin ik me ongerust te maken. Het kan dan wel zo zijn dat de auteurs tevreden zijn over de goede correlatie van het ZIP getal met de mate van bewustzijn in diverse groepen van patiënten [5], maar de ZIP techniek lijkt mij niet geschikt om betekenisvolle complexiteit te meten. De zip techniek wordt nog steeds gebruikt in o.a. het GIF bestandsformaat (plaatjes). Het doel van de techniek is om plaatjes zoveel mogelijk te comprimeren zonder informatieverlies (data compression). En niets meer dan dat. Voor de huidige toepassing echter is het een nadeel van de zip techniek dat behalve complexe data ook random data slecht te comprimeren zijn [3]. Dus een hoge score geven. Gooi een dobbelsteen een groot aantal malen en noteer de uitkomsten. Deze reeks van random getallen is niet (of nauwelijks) korter samen te vatten, dan een letterlijke opsomming van de reeks zelf. Kleiner kan niet, want dan verlies je informatie. En betekenisvolle complexiteit is iets anders dan comprimeerbaarheid (compressibility) [2]. De onderzoekers kunnen geen onderscheid maken tussen random data en betekenisvolle complexiteit [6].

Dat impliceert dat de onderzoekers in principe random data voor (betekenisvolle) complexiteit aangezien kunnen hebben. En dat wil je niet. Maar vervolgens hebben ze die score geïnterpreteerd als maatstaf voor (de mogelijkheid van) bewustzijn. De onderzoekers hanteren de ZIP techniek als een black box. Ze menen dat de techniek goed kan onderscheiden tussen patiënten met en zonder bewustzijn. En dat ze daarmee de techniek hebben gevalideerd.

Maar wat ik mis is bijvoorbeeld een validatie van de ZIP techniek met test data sets waar de mate van randomness variabel is. Zodat je kan interpreteren wat 0,31 betekent en wat het maximum score van 0,70 betekent. Ze hebben zeker geen pure randomness gescoord want dan zou het getal dichter bij de 1 (100%) moeten uitkomen.De grenswaarde van 0,31 volgt -voor zover ik weet- niet uit een theorie.

Als ik dan zie dat er 9 patiënten in een vegetatieve staat (VS) waren die volgens de meting bewustzijn zouden moeten hebben, dan vraag ik mij af: hebben die patiënten echt bewustzijn of vertonen hun hersenen random activiteit? Of lijkt hun hersenactiviteit op bewustzijn bij gezonde proefpersonen, maar hebben ze geen bewustzijn? Zitten die VS patiënten in een soort droomtoestand? Noem je dat bewustzijn? Kunnen hersenen random activiteit vertonen? [4]. De auteurs van het onderzoek zijn zich kennelijk niet bewust van dit probleem of vinden het helemaal geen probleem.

Zouden de onderzoekers niet een maatstaf moeten opstellen die juist wel op neurologische kennis gebaseerd is in plaats van op een black box methode uit de informatica? Of zouden ze als alternatief voor het Lempel-Ziv algoritme, neural networks kunnen loslaten op de hersenscans? [7].

Bert Keizer:
Waar blijft de ziel?

Tenslotte het filosofische aspect: hoe ontstaat uit al die zenuwactiviteit bewustzijn? Maar daar heeft Bert Keizer al een aardig en leesbaar boekje over geschreven: Waar blijft de ziel? (2012). Keizer zou korte metten maken met dit onderzoek. Bewustzijn in een getal uitdrukken? Flauwekul!

Postscript

18 nov 17
Vandaag vond ik dit artikel Anna Tuenter: Bewustzijn meten door het brein te verstoren, Kennislink, 16 augustus 2013. Dit gratis artikel gaat over de Massimini et al (2013) publicatie in Science waarin ze de PCI voor het eerst beschrijven. Zeer nuttig artikel. Tuenter zegt niets over de datacompressie techniek.

Noten

1. Silvia Casarotto et al (2016) Stratification of unresponsive patients by an independently validated index of brain complexity, ANN NEUROL 2016;80:718–729. Het artikel is gratis te downloaden van ResearchGate (pdf)
2. Gert Korthof (2000, 2011) Information Content, Compressibility and Meaning , website Was Darwin Wrong?
3. Zie bijvoorbeeld wikipedia artikel randomness: "random strings are those that cannot be compressed."
4. Ik zelf heb wel eens willekeurige associaties met gebeurtenissen uit het verleden waarbij het verband met waar ik op dat moment mee bezig was mij totaal ontgaat.
5. Christof Koch: "The team verified its basic soundness by correctly discriminating between when six healthy volunteers were conscious but quietly resting with eyes closed and when they were deeply asleep and therefore unconscious." 
6. De auteurs verwijzen in hun 2013 Science artikel naar: A. Lempel J. Ziv 'On the complexity of finite sequences'. IEEE Trans. Inform. Theory 22, 75–81 (1976). Nota bene, de eerste zin is: "A new approach to the problem of evaluating the complexity ("randomness") of finite sequences is presented." Hier wordt 'complexity' gelijkgesteld met 'randomness'. Dat ziet men elders ook. (toegevoegd: 18 nov 17)
7. Neural networks zijn zelflerende computerprogramma's die getraind worden met voorbeelden totdat ze zelfstandig nieuwe input data kunnen classificeren. Train ze op alle vormen van bewustzijn en laat ze daarna Locked-in en Vegetative State patiënten classificeren. Lijkt me interessant. [toegevoegd: 19 nov 2017]

Goudvink regelmatige gast op de vuurdoorn

Goudvink (man) eet vuurdoornbessen ©G.Korthof
26 oct 2017
(Sony α580 met 55-300 SAM telezoom)

De buurman wil al jaren dat ik de vuurdoorn ter hoogte van de dakrand van het schuurtje afzaag en daarbij maakt hij dan zo'n maaiend gebaar van rechts naar links met een virtuele motorzaag. Niets daarvan. Dan had ik toch nooit van die mooie opnames van de goudvink (Pyrrhula pyrrhula) kunnen maken! 

En het is geweldig om zo'n prachtvogel in je tuin te hebben. En belangrijker: de goudvinken zouden niet van de bessen kunnen eten. En ze komen regelmatig terug in dit seizoen.

Goudvink (man) eet vuurdoornbessen ©G.Korthof
26 oct 2017
Sony α580 met 55-300 SAM telezoom

 

Deze fotoserie is een nogal kostbare serie! Het geheugenkaartje van mijn camera was corrupt geraakt, de camera kon ze nog wel lezen, maar een windows7 en een Ubuntu PC niet meer. Met usb-kabel of SD memorycardreader maakte niet uit. Ook met mass storage (default) of PTP methode maakte geen verschil. Om wanhopig van te worden. Heeft me nogal wat tijd gekost. Helaas gaf de PC-shop verkeerd advies (Recuva  installeren) en hielp niet echt; ik ben er twee keer geweest. De plaatselijke fotozaak hielp wel, in windows10 kon het geheugenkaartje snel hersteld worden. Maar thuis had windows7 er nog steeds moeite mee, dus toen moest ik nog een keer terug om ze op een usb-stick te laten zetten. Het geheugenkaartje is geformatteerd zodat fouten definitief verwijderd zijn. Advies: eventueel de camera zelf het kaartje laten formatteren en dat zo nu en dan doen om fouten te voorkomen. Zo besef je dat een digitale camera zonder de mogelijkheid je foto's op de PC te zetten in feite niets waard is! Ik vraag me af of er digitale camera's zijn met blue-tooth zoals smartphones. Maar in dit geval had het ook niet geholpen vrees ik. De blue-tooth transfer methode had ik al eerder moeten toepassen met de fairphone omdat die ook niet meer herkend werd door de PC.

Het vervolg

 
Het hele verhaal is hiermee nog niet verteld. Het formatteren van het SD geheugenkaartje door de camera hielp totaal niet. Want nieuwe opnames konden nog steeds niet naar de PC getransporteerd worden. Een derde bezoek aan de fotoshop bracht uitkomst. Het zou wel eens aan het usb kabeltje kunnen liggen. Het usb-kabeltje paste weliswaar (zij het nauwelijks merkbaar stroever), maar het bleek toch het verkeerde kabeltje te zijn. Het was waarschijnlijk voor het opladen van een apparaat. Welk weet ik nog niet. Na enig zoekwerk thuis, kwam het juiste kabeltje boven water en kon ik mijn plaatjes weer uploaden naar mijn PC. Ik heb direct een labeltje op dat kabeltje geplakt!