Het beeld dat scherp begrensde hersendelen bepaalde taken uitvoeren staat op omvallen

Met dat deel van de hersens ‘zien’ we, daar slaan we onze herinneringen op en dat deel wordt gebruikt voor het redeneren. Wetenschappers hebben bepaalde al of niet onderbouwde ideeën hoe de hersens werken, maar of dat ook werkelijk zo is, is maar zeer de vraag. Hersens zijn veel flexibeler dan we denken. Langzaam ontwikkelen zich nieuwe theorieën over dit machtige orgaan dat ons leven beheerst.

Hersenonderzoekers schrijven bepaalde vaardigheden toe aan bepaalde delen van de hersens, maar recent onderzoek heeft aangetoond dat dat allemaal wat ingewikkelder in elkaar steekt en ook van de context afhankelijk is. Die hersenwetenschappers gedragen zich vaak als cartografen waar bepaalde activiteiten op specifieke plekken plaatsvinden, met wegen en hoofdwegen om die delen te verbinden compleet met grenzen.
Zo zou de voorhoofdkwab de zetel van ons oordeel zijn. Daarachter ligt de motorische schors die verantwoordelijk is voor de beweging. Aan de zijkant van de hersenschors heb je de temporale kwabben, waar het geheugen zou zijn gevestigd en waar emoties worden verwerkt. Daarboven heb je de somatosensibele schors, daarachter de visuele cortex.

Hersenonderzoekers zouden niet alleen een soort cartografen zijn, maar volgens psychologe Lisa Feldman Barrett nogal ouderwetse cartografen. “Ze delen de hersens in waar ze in geïnteresseerd zijn en kennen dan functies toe aan verschillende netwerken alsof het legoblokjes zijn met afgepaste grenzen”, zegt ze.
Die ideeën zijn niet alleen erg oververeenvoudigd, ze zouden volgens de psychologe ook misleidend zijn. “Wetenschappers hebben al honderd jaar lang gezocht naar grenzen tussen denken, voelen, beslissen, herinneren, bewegen en andere zaken, maar die ideeën zijn slechte gidsen om te begrijpen hoe hersens in elkaar steken en functioneren.”
De meeste hersenonderzoekers zijn het erover eens hoe het hersenweefsel is georganiseerd. Dan hebben het over bepaalde delen die bepaalde functies uitvoeren, over de netwerken en celtypes, maar als het er op aan komt om bepaalde zaken als geheugen, aandacht, emotie of waarneming toe te schrijven, dan wordt het een stuk lastiger, stelt hersenwetenschapper David Poeppel.
Over de taken van de visuele of de auditieve cortex zijn de hersenwetenschappers het wel eens, maar het wordt lastiger om minder ‘harde’ functies aan bepaalde hersendelen toe te schrijven. Zo wordt het zeepaardje (hippocampus) vaak verantwoordelijk gehouden voor het geheugen, maar dat vergt netwerken die ook buiten de hippocampus liggen en dit hersendeel blijkt ook verstandelijke taken uit te voeren.
Soms is de overlap zo groot dat toewijzing wel erg vaag wordt. Barrett: “Het idee dat er een soort sterk parallelisme tussen hersenfuncties zou zijn die onderzoekers trachten te doorgronden en de vastlegging in de neuronen van mentale gebeurtenissen is gewoon fout.”
Die ideeën hebben het onderzoek alleen maar bemoeilijkt, stelt Paul Cisek, hersenonderzoeker aan de universiteit van Montréal. Cisek en Barrett behoren dan ook tot de wetenschappers die vinden dat de inzichten over hersens op de helling moeten worden gezet. Zo is recent een verband aangetoond, of althans aannemelijk gemaakt, tussen geheugenvorming en stofwisseling.

FMRI

Er zijn steeds meer middelen gekomen om de hersens (in actie) van mensen te onderzoeken zoals functionele MRI (kernspintomografie), maar die middelen hebben ook uitgewezen dat dingen in de hersens niet zo werken als de wetenschappers tot nu dachten. De grenzen zijn heel wat minder scherp dan gedacht en er is een hoop overlap.
Zo zou zijn gebleken dat tweederde van de hersens is betrokken bij eenvoudige oogbewegingen, bij ademhaling is de helft van de hersens bezig. Zo zou de visuele cortex zich meer houden met het decoderen van de waargenomen bewegingen dan met de visuele aspecten.

Die verwarring is niet beperkt tot de zintuiglijke of verstandelijke functies. De kleine hersens, eigen al alle gewervelden, zou zich alleen met beweging bezighouden, maar blijkt ook andere functies te hebben bij het regelen van emoties. taalverwerking, beslissen enzovoort. De basale ganglia, evolutionair gezien ook aan oud hersendeel, zou zich (ook) bezighouden met de sturing van bewegingen, maar schijnt ook functies te hebben in allerlei hoogwaardige cognitieve processen.
Soms is die verwarring een gevolg van de manier waarop het onderzoek is gedaan. Om te achterhalen welke delen van de hersens actief zijn bij bepaalde processen wordt fMRI gebruikt, maar die resultaten kunnen ‘vervuild’ zijn met, bijvoorbeeld, kleine spierbewegingen. Wat blijft er van je onderzoek over als een placebo niet alleen een placebo-effect heeft?
“We kneden de werkelijke staat naar onze ideeën, die – voor zover ik weet ten onrechte- van grenzen uitgaan die ook gelden voor hersenfuncties”, zegt György Buzsáki

De gepensioneerde neurobioloog Steven Wise vindt dat we in plaats van het toeschrijven van bepaalde hersengebieden aan bepaalde functies toe moeten naar het bestuderen van de combinaties van informatie die ze verwerken. Een deel zou zich bezig houden met eenvoudige combinaties van simpele eigenschappen zoals oranje of vierkant voor een oranje vierkant, terwijl andere delen zich bezighouden met ingewikkelde combinaties van wat iemand ziet of hoort of telt. Volgens hem geeft zo’n organisatieschema een verklaring waardoor er zo veel onverwachte overlap is tussen de diverse hersendelen bij hersenactiviteiten.
Als een bepaald deel een specifieke combinatie van informatie voor zijn rekening neemt, dan gebeurt dat voor geheugen, voor waarneming, voor aandacht voor de sturing van actie, stelt de gepensioneerde. Dat zou ook verklaren dat de perirhinale cortex, een hersendeel vlak bij het zeepaardje, maar af en toe betrokken is bij waarneming en geheugenvorming. Naarmate de afbeeldingen in de onderzoeken in elke taak veranderden, veranderden de combinaties van kenmerken die ze onderscheidden en dus de activiteit van dit hersendeel.

Onenigheid

Het idee van Wise is een manier om naar het functioneren van de hersens te kijken, maar er heerst onenigheid (onzekerheid?) over wat nu wel de goede zienswijze is. “Het is makkelijk om te zeggen dat iets niet werkt”, zegt hersenonzerzoeker Luiz Pessoa, “maar hoe gaat het verder. Ik heb veel kritiek op het gebruik van termen, maar hoe kan ik iets zeggen zonder ‘aandacht’, ‘emotie’ of ‘motivering’ te gebruiken?”
Cisek is in Montréal al vijf jaar bezig zich door de evolutie van de hersens bij gewervelden te worstelen. “Er bestaat een functionele onderverdeling in de hersens en die hebben een evolutionaire geschiedenis. Als we die geschiedenis kunnen achterhalen dan zou dat ons helpen.”

Hij zou al een manier gevonden hebben om te verklaren hoe het komt dat basale ganglia een belangrijke rol spelen in beslisprocessen maar niet in andere. “Noch beslissen noch aandacht komt overeen met iets in de hersens. Er zijn netwerken en die doen dingen als ‘benader’ of ‘vermijd’. Die gaan op enig moment op ‘aandacht’ lijken.”

Buzsáki ziet het anders. “We moeten eerst naar de mechanismen kijken en waardoor en hoe die zich ontwikkeld hebben. Herinneren, fantasie en vooruitdenken, bijvoorbeeld worden deels vastgelegd door dezelfde neurale mechanismen. Uit evolutionair oogpunt is dat zinnig aangezien hetzelfde systeem kan worden gebruikt voor verschillende doeleinden. Die kan je dan ook beter als een geheel zien.”
Die benadering zou al geleid hebben tot opzienbarende ontdekkingen. Hij bestudeerde zogeheten ‘scherpe golfrimpelingen’ in de hippocampus. Die zouden het opslaan en ophalen van herinneringen mogelijk maken. Onlangs werd er een studie gepubliceerd, waaraan een van zijn voormalige studenten (David Tingley) heeft meegewerkt, waaruit blijkt dat die rimpelingen ook helpen de bloedsuikerspiegels te reguleren.
Buzsáki: “We koppelen twee verschillende uitersten: een basaal stofwisselingsproces en een hoogwaardige functie.” Hij hoopt nog een steviger band tussen beide te vinden en inzichten te krijgen hoe die rimpelingen voor suikerspiegelregulering een functie hebben gekregen in de geheugenvorming.

Tekortkomingen

Alle tot nu toe bedachte alternatieven voor de ‘cartografische’ indeling van de hersens hebben tekortkomingen, maar volgens Barrett is dat geen probleem. “Je beoordeelt een nieuwe benadering niet op het aantal vragen dat die beantwoordt, waar de oude tekortschoot, maar op basis van het aantal nieuwe vragen die die oproept. Er is geen goede manier om dat te doen, alleen een betere of slechtere.” Voorlopig, kan ik zelfs als leek met een gerust hart stellen, zullen ‘we’ (=de onderzoekers) daar nog lang niet uit zijn (zo dat ooit gebeurt)…

Bron: Quanta Magazine