Ons flexibele brein
Ons flexibele brein
Spitsuur
Het is ongelooflijk hoe goed mensen in staat zijn om zich flexibel aan te passen aan een constant veranderende omgeving. Wanneer we bijvoorbeeld ‘s avonds tijdens het spitsuur met de auto naar huis rijden, moeten we voortdurend alert zijn voor fietsers, voetgangers, verkeersborden enzoverder. Het lijkt wel of je duizend dingen tegelijk moet doen en toch slaag je er (hopelijk) altijd in om veilig thuis te komen. Hoe komt het dat we zo goed functioneren in deze hectische situaties? Hoe zijn onze hersenen in staat om alles te coördineren? Dat is de centrale vraag waarop het huidige onderzoek een antwoord probeert te bieden.
Één groot associatief netwerk
Het huidige onderzoek kadert binnen de brede vraag naar “hoe werkt ons brein?”. Het zal wellicht nog heel wat jaren onderzoek vergen om hierop een eenduidig antwoord te formuleren maar een belangrijke vooruitgang in ons inzicht wat betreft het menselijke brein werd gemaakt door een studie van de Russische wetenschapper Ivan Pavlov. In zijn experiment werd telkens men een hond eten gaf een bel gerinkeld. Als gevolg van het samengaan van die twee prikkels (de bel en het voedsel) begon de hond na verloop van tijd speeksel te produceren enkel en alleen bij het horen van de bel. Dit experiment toont aan dat de hersenen in wezen één groot associatief netwerk zijn. Wanneer twee dingen tegelijk worden aangeboden (de bel en het voedsel) worden in onze hersenen verbindingen gelegd tussen deze twee concepten. Hierdoor zal in het vervolg het aanbieden van slechts één van die concepten (de bel) leiden tot een verwachting van het andere concept (het voedsel) met als gevolg dat de hond speeksel produceerde bij enkel het horen van de bel.
Maar, als in onze hersenen bij twee concepten die vaak samen voorkomen het één altijd leidt tot het ander, hoe zijn we dan in staat om een bril te zien liggen en deze niet op onze neus te zetten? Waarom kunnen we naar een tandenborstel kijken zonder effectief onze tanden te beginnen poetsen? Op het eerste zicht misschien idiote vragen maar bij een selecte groep patienten met ernstige frontale hersenschade komen deze problemen wel voor. Dit betekent dus dat er in het frontale deel van onze hersenen een structuur aanwezig is die een controle uitoefent op de rest van ons brein. Deze frontale hersenstrucuur zorgt er voor dat op bepaalde momenten de verbinding tussen twee concepten in onze hersenen wordt onderbroken, hierdoor wordt de communicatie tussen deze twee delen inefficient. Wanneer bijvoorbeeld de communicatie tussen ‘bril’ en ‘neus’ inefficient is ben je dus in staat om een bril gewoon op tafel te laten liggen. Wanneer de communicatie wel efficient is (bv. omdat je wil lezen) zal je de bril wel op je neus zetten.
Om te begrijpen hoe het mogelijk is dat twee hersendelen gemakkelijk kunnen switchen tussen efficiente en inefficiente communicatie is het belangrijk om te weten dat hersenactivatie altijd in golven verloopt. Wellicht heb je al eens op tv of ergens anders gezien dat men activatie van de hersenen meet. Meestal heeft de persoon waarbij gemeten wordt een gekke badmuts op waaraan heel wat draden hangen en zit de onderzoeker te kijken naar een monitor waar de hersengolven op te zien zijn. Uit vorig onderzoek is gebleken dat om efficiente communicatie tussen hersendelen te verkrijgen, het belangrijk is dat de hersengolven in beide delen synchroon lopen. Als de golven dus asynchroon lopen is communicatie tussen de twee hersendelen onmogelijk.
Compu.. wat?
Tot nu toe zijn drie belangrijke aspecten van de werking van de hersenen geformuleerd. Ten eerste weten we dat de hersenen één groot associatief netwerk zijn waarin elke hersencel verbonden is met miljoenen andere hersencellen. Ten tweede weten we dat deze hersencellen enkel op een efficiente manier informatie kunnen doorgeven als hun hersengolven synchroon lopen en ten derde weten we dat er in het frontale deel van onze hersenen een structuur bestaat die controleert welke hersencellen efficient mogen communiceren en welke niet. Desondanks blijven er nog veel open vragen. Bijvoorbeeld, hoe zorgt die controlerende hersenstructuur ervoor dat de hersengolven tussen twee gebieden synchroon lopen? Of, hoe weet deze hersenstructuur welke delen efficient moeten communiceren en welke niet?
Deze twee vragen werden in de huidige studie onderzocht door middel van computationele modellering. In deze vorm van onderzoek probeert men de werking van de hersenen te simuleren aan de hand van een computer model. Men gebruikt ideeën, bevindingen en hypotheses van vorig onderzoek om een algoritme, of model, te programmeren. Als dit model een bepaalde taak kan oplossen op dezelfde manier als de mens, dus ook met dezelfde soort en aantal fouten als de mens, dan is er een redelijke kans dat de hersenen op dezelfde manier werken als dit model. Deze vorm van onderzoek heeft in de laatste jaren zijn nut bewezen om tot een beter begrip te komen van de specifieke mechanismen in het brein en bijgevolg ook van de functionele stoornissen in deze mechanismen.
Conclusie
Hoe de frontale, controlerende herstenstructuur ervoor zorgt dat hersengolven synchroon lopen en hoe het weet welke hersendelen efficient moeten communiceren zal je moeten lezen in de scriptie zelf. Wat we wel kunnen vertellen is dat we met het model er in geslaagd zijn om een mechanisme te beschrijven dat, net als de mens, in staat is om zich op een succesvolle manier heel flexibel aan te passen aan de omgeving. De studie levert dus een belangrijke bijdrage aan onze kennis over het brein. Bovendien, wanneer we een volledig beeld hebben van hoe iets werkt zullen we wellicht ook beter de fouten erin kunnen achterhalen. Wanneer we weten waar de mechanische oorzaken liggen van bepaalde hersenstoornissen zijn we natuurlijk een grote stap dichter bij het vinden van een oplossing. Bijgevolg is het huidig onderzoek dus een nieuwe stap richting een begrip van de werking van ons brein en het vinden van een oplossing voor patienten met een psychologische stoornis.
