Neurowetenschap ontmoet gedragsonderzoek

Cognitie is een breed begrip, dat waarnemen, denken en doen omvat, maar ook emotie, bewustzijn en bewegen – kortom, de mentale vaardigheden die mensen in staat stellen adequaat om te gaan met hun omgeving en te leren zich te verbeteren. Het zwaartepunt Brain and Cognitive Sciences bestudeert hoe de hersenen deze vaardigheden mogelijk maken. Dit begint op niveau van cellen en netwerken van neuronen, en eindigt bij complex menselijk gedrag. De studie van het brein is de laatste jaren in een stroomversnelling geraakt door de komst van apparatuur waarmee op niet-invasieve wijze hersenactiviteit in beeld gebracht kan worden, terwijl de proefpersoon een taak uitvoert.

Binnen het zwaartepunt werken medici, psychologen, taalkundigen, neurologen, economen, gedragskundigen, biologen en logici samen. Speciale aandacht gaat uit naar onder meer geheugen en leervermogen, muziekbeleving, leren van een vreemde talen, neuropathologie, consumentengedrag, visuele perceptie en wiskundige modellen van cognitieve processen. Zo dekt het onderzoek het volledige spectrum van hersencel tot sociaal gedrag af. Op een aantal van deze deelgebieden heeft het zwaartepunt een buitengewone, internationale reputatie. Onderzoekers onderhouden hechte banden met internationale netwerken binnen hun vakgebied.

De aard van het onderzoek loopt sterk uiteen. Basale kennis van de anatomie en fysiologie van het brein wordt onder andere vergaard door het bestuderen van coupes (plakjes hersenen onder een microscoop) of het analyseren van beelden van het brein (hersenscans). De verschillende deelprocessen die verantwoordelijk zijn voor het uitvoeren van een complexe taak, worden ontrafeld door observatie van proefpersonen. De nieuwe bevindingen leiden tot vernieuwde formele theoretische modellen.

Kruisbestuiving

Deze inzichten hebben belangrijke maatschappelijke gevolgen. Een beter inzicht in hoe het leren werkt in het brein heeft directe gevolgen voor het opstellen van lesprogramma’s op scholen en voor de revalidatie van ouderen en demente bejaarden, die leiden aan vergeetachtigheid. Een beter begrip van de rol van emoties en hoe deze worden opgeroepen in het centrale zenuwstelsel, valt in te zetten voor de ontwikkeling van maatregelen om agressie te verminderen. Zo zijn er legio voorbeelden te geven hoe de fundamentele kennis over cognitie teogepast kan worden in maatschappelijke relevante probleemgebieden.

Om de vakgebieden binnen het zwaartepunt sterker met elkaar te verbinden organiseert het zwaartepunt de kruisbestuiving. Onderzoekers uit diverse disciplines worden samengebracht op één plek, nabij het Spinoza Imaging Centrum. Hier beschikken zij over de nieuwste faciliteiten, waaronder een fMRI-scanner, die hersenactiviteit meet, maar er zijn ook andere laboratoria en werkruimtes om ontmoetingen tussen wetenschappers te stimuleren.

De snelle groei van kennis op de diverse terreinen betekent dat nu het moment is gekomen om de grote vragen over de cognitie en het brein nu gezamenlijk aan te pakken. De verkenning van verrassende combinaties van vakgebieden moet binnen het zwaartepunt leiden tot dieper inzicht in de werking van de menselijke hersenen en het gedrag dat zij voortbrengen.

Het bewustzijn zichtbaar gemaakt

Al duizenden jaren vragen filosofen zich af wat het menselijke bewustzijn nu precies inhoudt. Pas de laatste vijftien jaar maken speculaties plaats voor werkelijke metingen aan het orgaan dat bewustzijn produceert, de hersenen. Onderzoekers binnen het zwaartepunt behoren tot de eersten die proberen het bewustzijn te definiëren in termen van zogeheten recurrente processen in de hersenen.

Als je iemand een plaatje laat zien, gaat het signaal vanaf de ogen de hersenen door. De eerste één à twee tienden van een seconde is er nog geen sprake van bewustzijn. Dat komt pas daarna. Als je heel snel een volgend plaatje laat zien, bereikt het eerste plaatje soms niet eens het bewustzijn. Ook wanneer je, bijvoorbeeld met medicijnen, de activiteit van de hersenen beïnvloedt, zodat de recurrente processen niet op gang komen, is de proefpersoon zich nergens van bewust.

Ook dierproeven vergroten het inzicht. Daarbij wordt bijvoorbeeld een aap getraind om een oogbeweging te maken als hij een vierkantje ziet, en anders recht voor zich uit te staren. Soms blijft de aap echter staren, terwijl er wel degelijk een vierkantje te zien is. Uit de meting van hersenactiviteit blijkt dat in die gevallen recurrente processen achterwege blijven, terwijl er wel een signaal van de ogen door de hersenen heen gaat.

Wanneer het lukt om het bewustzijn te definiëren in termen van recurrente processen, wordt het mogelijk na te gaan of er nog sprake is van bewustzijn bij patiënten die in een vegetatieve toestand verkeren. Ook kan het een nieuw hoofdstuk openen in een debat dat filosofen de laatste decennia bezig houdt: zijn de processen in een computer op enige manier vergelijkbaar met de menselijke hersenen?

×