Ad Valvas 2007-2008 - pagina 315

AD VALVAS 14 FEBRUARI 2008

A W E T E N S C H

P

PAGINA 1 1

Van beschrijvende naar begrijpende levenswetenschappen

De wiskunderevolutie

Bij biologisch en geneeskundig onderzoek speelt wiskunde een steeds grotere rol. Hoe de levenswetenschappen een grote sprong voorwaarts maken.

Nederland op het gebied van bio­ wiskunde inventariseert. Het is niet toevallig dat deze commissie twee jaar geleden werd geïnstalleerd, zegt zij. "De KNAW ziet ook dat dit gebied belangrijker wordt. Financieel gezien is er ook steeds meer mogelijk. Vroeger was er bijvoorbeeld aUeen de algemene NWO­competitie waarbij er veel concurrentie is, tegenwoordig zijn er daarnaast speciale themapro­ gramma's. De financiering volgt de vraag vanuit de wetenschap en de markt."

TEKST: FLOOR BAL ILLUSTRATIE: NICO DEN DULK

Om wiskunde te begrijpen heb je een goed stel hersenen nodig, dat kan elke middelbare schoUer je vertellen. Maar Arjen Brussaard, hoogleraar expe­ rimentele neurofysiologie, is er ook van overtuigd dat je wiskunde nodig hebt om de hersenen te begrijpen. "Het achterhalen van de werking van de hersenen vormt de grootste intel­ lectuele uitdaging van de 21ste eeuw. Die biologie is zo complex dat we er wiskunde bij nodig hebben." Brussaard is zeker niet de enige bio­ loog die het nut van wiskunde inziet. De afgelopen vijfjaar heeft de mathe­ matische toepassing in de levens­ wetenschappen een grote vlucht genomen. Natuurhjk heeft statistisch onderzoek altijd eenbelangrijke rol gespeeld in biologisch en medisch­

Wensdroom De werkgelegenheid voor weten­ schappers die levenswetenschappen met wiskunde combineren, neemt hierdoor alleen maar toe. Maar er zijn momenteel te weinig afgestudeerden die aan deze vraag kunnen voldoen. Daarom doen de faculteiten hun best om deze tekorten aan te vuUen. Bij de opleiding wiskunde wordt de bestaande barna 'wiskunde en levens­ wetenschappen' herzien en een afstu­ deervariant biomedische wiskunde opgezet. Het komende studiejaar gaat ook de opleiding wiskundige techniek in een biomedische omgeving van start. Bij de medische faculteit bestaat de wensdroom om in de master meer •""ï?'**"**^"'' **"!^»*

'Ik deed ingewikkelde experimenten met de natte vingef wetenschappelijk onderzoek. Maar steeds vaker gebruiken deze discipli­ nes verregaande toepassingen van wiskundige modellen. Zo berekende een Amerikaanse wetenschapster dat een kortdurende zware chemokuur met af en toe een pauze beter kanker bestrijdt dan een lange lichtere kuur. In de toekomst zuUen wiskundige modellen het gebruik van dierproe­ ven in de cosmetische industrie bijna volledig vervangen.

Soepzootje Er zijn twee belangrijke redenen om wiskundige modellen vaak toe te passen. Ten eerste worden de onder­ zoeksvragen van wetenschappers steeds ingewikkelder. Neem het werk van hoogleraar microbiële fysiolo­ gie Hans Westerhoff Sinds 2000 is de informatie op het menselijk dna bekend, waarvoor talloze stukjes chromosoom apart zijn bestudeerd. "De volgende stap is om te begrijpen hoe die met elkaar communiceren", zegt Westerhoff Dus heeft zijn onder­ zoeksgroep zich aan die taak gezet. Aangezien de genen van de mens de informatie van dertigduizend mole­ culen bevatten, zijn er ontzettend

Migraine bestrijden veel communicatiemogelijkheden. Daar komt bij dat deze signalen niet volgens een vast patroon worden doorgegeven, wat ze moeilijk voor­ spelbaar maakt. "Zonder modellen te gebruiken, kun je deze communicatie nooit begrijpen." Het belang van modeUen ontdekte Westerhoff tijdens zijn promotie­ onderzoek naar energie in levende cellen. "Ik deed experimenten, maar omdat ik ze door de ingewikkeld­ heid met de natte vinger deed, werd het interpreteren van de resultaten een soepzootje. Sinds dat moment gebruik ik hiervoor wiskunde." "De schoonheid van wiskunde is dat je alles tot een formule kunt versim­ pelen", zegt Brussaard. Hij noemt de transferfunctie van Tsodyks, Pawelzik en Markram als voorbeeld. "De ver­

binding tussen zenuwcellen veran­ dert eUce twee seconden. Zij hebben een formule geschreven die dat vangt. Die wordt door laboratoria over de hele wereld gebruikt." Snelle technologische ontwikkeHn­ gen zijn de tweede oorzaak van het toegenomen gebruik van model­ len, meent hoogleraar stochastiek (kansrekening en statistiek) Aad van der Vaart. Hoe geavanceerder en verfijnder het meetinstrument, hoe meer er gemeten wordt. "Daar komen heel veel data uit. Als je veel meet, heb je ook veel ruis. V/iskunde is een manier om de ruis van de belangrijke gegevens te scheiden." Dankzij snel­ lere computers worden de toegepaste modellen ook ingewikkelder. "Vroe­ ger moest je aEes handmatig doorre­ kenen, nu kun je vrij complexe here­

Bah, wiskunde Niet iedereen is enthousiast over de toepassing van wiskunde in de biologie en geneeskunde. Veel biologen en medici hebben fuist voor hun studierichting gekozen omdat ze wel van wetenschappen houden, maar niets met wiskunde hebben. "We hebben een grote instroom van studenten die wiskunde een vervelend vak vinden", zegt hoogleraar Hans Westerhoff. "Ais faculteit kom je zo op een tweesprong: wil je zoveel mogelijk studenten trekken of wil je een zo goed mogelijk programma bieden dat ook meegaat in de nieuwe eisen die aan een bioloog en biomedicus gesteld worden? Daarom willen we graag een master met een meer wiskundige inhoud aanbieden." Statistiek is geen populair vak bij studenten geneeskunde, vertelt Lukas Menze, voorzitter van faculteitsvereniging MFVU: "Veel mensen struikelen over de blokken statistiek, het wordt moeilijk gevonden." Andersom hadden wiskundigen lang geen interesse voor de levenswetenschappen. "Wiskunde stond lang bekend als wetenschap in een 'woten toren", zegt hoogleraar Mathisca de Gunst. "Dat is de laatste tien jaar gelukkig aan het veranderen."

keningen met de computer maken. We kunnen steeds beter rekenen."

Zwaartekracht Nu biologie en geneeskunde meer gebruikmaken van wiskunde, kun­ nen zij dezelfde stap als natuiurkunde maken. Door de toepassing van wiskunde in natuurkunde kon deze wetenschap de overgang van beschrij­ vend naar kwantitatief onderzoek maken. Voor de introductie van de wiskunde konden natuurkundigen de natuurkundige verschijnselen als de zwaartekracht alleen maar beschrij­ ven. Vanaf het moment dat Isaac Newton de wiskunde erbij haalde, konden de zwaartekracht en andere fenomenen ook berekend en voor­ speld worden. "Als bioloog kunnen we onze verzamelde data wel in woor­ den beschrijven, maar kunnen we ze niet kwantificeren. Dat kan pas als je wiskunde gebruikt", meent Brus­ saard. Zelf gebruikt hij wiskundige modellen om hersenactiviteit aan de hand van EEG­scans te onderzoeken. Hoogleraar Mathisca de Gunst (wis­ kunde gericht op toepassingen in de levenswetenschappen) kan de toenemende populariteit van haar vak duidehjk merken. Tien jaar gele­ den kon ze het aantal vakgenoten in Nederland op een hand tellen. Nu zijn dat ruim tweehonderd mensen bij twintig verschillende groepen. Steeds vaker komen levenswetenschap­ pers bij haar langs voor kortdurende consultaties en hulp bij langdurige onderzoeken. Daarnaast is De Gunst secretaris van een commissie van de KNAW die de ontwikkehngen in

Een typische toepassing van wiskunde op een biomedisch onderwerp is het onderzoek van wiskundige Marianne Jonker. Zij onderzocht welk gen invloed heeft op de leeftijd waarop mensen migraine krijgen. Hieivoor gebruikte ze informatie u'rt het tweelingenonderzoek van Dorret Boomsma. Met behulp van een wiskundig model en statistische technieken vond ze deregioop de chromosomen waar het migraine­ gen zit. In de toekomst zal die kennis misschien het leven van migrainepatiënten verbeteren. "Als je weet op welke leeftijd je er last van zult krijgen, kun je eerder ingrijpen."

aan statistiek te doen, vertelt coör­ dinator academische vorming Eddy Houwaart. "In de bachelor is het geen overdonderende hoeveelheid, maar studenten moeten wel de standaard­ begrippen kennen." De biologen hebben plannen voor een bachelorvariant van de topmaster systeembiologie. "Er is een enorme roep naar biologen die kunnen reke­ nen", zegt Hans Westerhoff. "Er wor­ den zoveel gegevens bij biologisch en medisch onderzoek gegenereerd dat het onverantwoordehjk is daar niets mee te doen. De kliniek en de farma­ ceutische industrie willen dat heel graag, maar kunnen er de mensen niet voor vinden." Reageren? Mail naar redactie@advalvas.vu.nl.

Deze tekst is geautomatiseerd gemaakt en kan nog fouten bevatten. Digibron werkt voortdurend aan correctie. Klik voor het origineel door naar de pdf. Voor opmerkingen, vragen, informatie: contact.

Op Digibron -en alle daarin opgenomen content- is het databankrecht van toepassing. Gebruiksvoorwaarden. Data protection law applies to Digibron and the content of this database. Terms of use.

Printen