Psychologie

Omwereld

Onze konijnen zijn dol op tunnels. Ze doen niets liever dan een stukje door een ruimte kruipen die maar net iets groter is dan hun eigen lichaam. Volgens mij maakt het ze niet uit of de tunnel van karton of van plastic is – of zand, maar onze konijnen wonen in de woonkamer, dus graven zit er niet in voor ze. Voor veel mensen, die een lift al als benauwend ervaren, is deze voorkeur moeilijk te begrijpen. Waarom genieten konijnen zo van kleine, donkere ruimtes? Waar komt die drang vandaan?

Als ik moet gokken, denk ik dat dat concreet hun snorharen zijn. Anders dan mensen gebruiken konijnen hun snorharen om te navigeren. Daarmee voelen ze waar ze zich bevinden ten opzichte van objecten in hun omgeving. Reuk is ook belangrijk voor ze, konijnen kunnen goed horen en best wat zien, maar tast is veel belangrijker dan wij ons kunnen voorstellen. In een tunnel raken de rechter en linker snorharen van een konijn tegelijk iets aan. Ik denk dat konijnenhersentjes dan veel dopamine aanmaken en het ‘sein veilig’ geven.

Het zou natuurlijk ook totaal anders kunnen zitten. En voor dit blogje maakt dat niet zoveel uit. Het is namelijk precies het punt dat ik wil maken. Dieren nemen de wereld heel anders waar dan wij ons kunnen voorstellen. Ik schreef er al eens over. In een eerder blogje maakte ik het punt dat regenwormen vermoedelijk een beetje een andere manier hebben om een wereldbeeld op te bouwen dan mensen. En ik schreef ook eens over hoe lastig het moet zijn om je voor te stellen hoe het is om een vleermuis te zijn.

Ik denk niet dat je deze observatie heel opzienbarend zult vinden. Natuurlijk nemen dieren de wereld anders waar. Ze hebben andere zintuigen, en afhankelijk van hun plek in het ecosysteem is het logisch dat die zintuigen beter zijn afgestemd op bepaalde prikkels. De evolutie heeft dat allemaal keurig geregeld. Tot ik Een immense wereld van Ed Yong las, dacht ik er ook ongeveer zo over. Ik plaatste de waarneming van dieren redelijk dicht bij die van ons en stond er verder niet echt bij stil.

Wat Yong doet in Een immense wereld is een fascinerend overzicht geven van het bewijs dat we door de jaren heen hebben verzameld over hoe dieren de wereld waarnemen. Dat overzicht is ronduit duizelingwekkend.

Voor veel dieren is geur bijvoorbeeld véél belangrijker dan voor ons. Bij honden zie je dat terug in hun gedrag. Olifanten gebruiken hun slurf om actief hun omgeving te verkennen. Slangen hebben een gespleten tong waarmee ze in 3D kunnen ruiken. Vlinders ruiken met hun poten — precies de delen waarmee ze op bloemen landen, meervallen proeven met hun hele huid, niet alleen met hun tong. Hoe zou het zijn als je voet ineens chocolade proeft?

Of neem het zicht. Mensen kunnen behoorlijk goed zien, en daarom denken we vaak dat we daar veel van begrijpen. Maar niet elk dier bouwt in zijn brein een driedimensionaal model van de omgeving op — en zelfs als dat wel zo is, kan dat beeld er totaal anders uitzien dan het onze.

Niet alle dieren zien kleur. Veel soorten zijn wat wij ‘kleurenblind’ zouden noemen: ze onderscheiden slechts twee kleurtonen. Maar er zijn ook dieren, zoals sommige slangen, die juist méér kleuren zien dan wij. Zij hebben receptoren voor infrarood, waardoor ze warmte als kleur kunnen waarnemen. Insecten zien vaak ultraviolet licht, wat betekent dat bloemen er voor hen compleet anders uitzien dan voor ons.

De evolutionaire functie van kleur lijkt op het eerste gezicht duidelijk: kleur kan worden ingezet om te verleiden of juist om onzichtbaar te blijven. De pauw gebruikt zijn opvallende veren om indruk te maken, terwijl de kameleon zich juist onzichtbaar maakt in zijn omgeving. Maar, zodra je meer weet over hoe dieren waarnemen, duiken er allerlei onverwachte inzichten op. Zo zien vlinders in een te lage resolutie om hun eigen vlekkenpatronen te onderscheiden — die blijken dus geen rol te spelen bij het vinden van een partner, hoe opvallend ze voor óns ook zijn. En zebra’s? Hun strepen zijn niet bedoeld om leeuwen af te schrikken — die zien het patroon niet goed genoeg. De strepen blijken vooral effectief tegen steekvliegen, die er van in de war raken.

En dit zijn nog niet eens de vreemdste voorbeelden. Bij de facetogen van vliegen kunnen we ons tenminste iets voorstellen — alsof je de wereld constant door een caleidoscoop bekijkt. En het beeld van een kameleon die met elk oog een andere kant op kijkt, valt misschien ook nog te visualiseren in mensenbeeld. Maar wat te denken van de Argopecten irradians — een schelp met tientallen ogen langs de rand van zijn schelp? Deze soort kan zo’n twaalf verschillende kleuren onderscheiden, maar verwerkt die informatie op een totaal andere manier dan wij. En wacht even… schelpen die kunnen zíen? Schelpen?

En dan zijn er nog zintuigen die wij helemaal niet hebben. Zeedieren beschikken over een veel verfijndere tastzin dan wij. Met speciale receptoren kunnen ze uit de stroming afleiden wat er verderop in het water gebeurt. Zeeleeuwen kunnen met hun snorharen de beweging van een haring op twintig meter afstand detecteren — en haringen voelen op hun beurt ook de nadering van een zeeleeuw. Olifanten en insecten pikken subtiele trillingen in de grond op en halen daar verrassend veel informatie uit. Vleermuizen bouwen een beeld van hun omgeving op aan de hand van de echo’s van hun eigen geluiden. Haaien en andere zeedieren kunnen elektrische velden waarnemen (en produceren). En dan zijn er nog vogels, vlinders en talloze zeedieren die met verbazingwekkende precisie magnetische velden kunnen waarnemen en gebruiken om te navigeren. Dat gaat vér voorbij wat wij ons met onze zintuigen kunnen voorstellen.

Yong beschrijft niet alleen al deze wonderlijke zintuiglijke werelden, hij nodigt ons ook voortdurend uit om ons voor te stellen hoe de wereld er uitziet voor deze dieren. Hoe beleven zij hun omgeving — hun omwereld, hun eigen unieke werkelijkheid? De stap naar bewustzijn maakt Yong bewust níet, en dat is waarschijnlijk maar verstandig ook. Het is al ingewikkeld genoeg om de waarneming zélf te begrijpen, laat staan het innerlijke beleven daarvan.

Het is voor ons als mens eigenlijk onmogelijk om écht te begrijpen hoe andere dieren de wereld waarnemen. We zullen dat altijd doen door onze eigen waarneming als basis te nemen en dan een stukje verder te denken. Maar de enorme diversiteit van de natuur laat zien dat dit antropomorfisme waarschijnlijk misplaatst is. Dieren nemen hun omgeving waar op manieren die subtiel, of soms zelfs fundamenteel, anders zijn dan de onze. En ze hebben vermoedelijk ook een ander soort bewustzijn dan wij.

Voor mij was dat geen nieuw feit, maar ik zou het boek toch een openbaring willen noemen. Het was een beetje zoals het lezen van De reis met de Beagle of The Origin of Species van Darwin. Je kent de evolutietheorie wel, maar door alle stukjes bewijs die Darwin heeft verzameld te volgen, en te zien hoe hij op basis daarvan zijn theorie opstelt, wordt het iets dat je niet alleen begrijpt, maar ook echt gaat voelen. Voor mij is dat nu zo voor dierenwaarneming. Yong heeft voor mij invoelbaar gemaakt dat dieren in een andere omwereld leven en vooral hoe radicaal die verschilt van de onze.

Meer lezen?
Ik schreef over de manier waarop wormen waarnemen en kennis en zintuigen gekoppeld zijn in kenvermogen, in poetsvissen sprak ik over het zelfbewustzijn van deze visjes en in ervaring over hoe papegaaien en vleermuizen de wereld beleven. Mijn blogje de Chinese Kamer, tot slot, bespreekt het idee dat niet elk bewustzijn gelijksoortig is.

Ik schreef al eerder over de evolutietheorie in evolutiesnelheid, helix, memen en cultuurdragers.

1 reactieEen reactie plaatsen

Toekomstindustrie

Ik weet niet hoe het met jullie zit, maar ik kan geen LinkedIn-post over generatieve AI meer zien. Het is niet dat ik het niet leuk vind hoor… -dat je een guitig zinnetje tikt en dat dan een slimme computer een prachtige tekst, een schitterend plaatje of een geloofwaardig filmpje kan uitspugen. Het is meer dat ik het niet trek hoe mensen reageren op deze nieuwe mogelijkheden.

Nieuwe technologieën, waar knappe dingen mee kunnen, maken altijd een legertje van cynici,  experts, “experts”, duiders en ondernemende geesten wakker, met een breed gevolg van ander klapvee. Mensen die opstaan, het technieuws bij het ontbijt doornemen, en snappen dat ‘het speelveld’ veranderd is. Voorgoed. Dat ze zich maar beter kunnen positioneren ten opzichte van de nieuwe werkelijkheid die door deze technologie gaat ontstaan. Het zijn typisch ook mensen die zich graag roeren op sociale media en mensen die me blij maken dat ik de overgang van Twitter naar X aan me voorbij heb laten gaan.

Het geheel doet me denken aan een boekje van Rein de Wilde dat misschien door te weinig mensen, zeker te weinig van déze mensen, gelezen is. ‘De Voorspellers’ heet het; ‘Een kritiek op de toekomstindustrie’. Het gaat over hoe nieuwe technologieën steeds aanleiding zijn tot verhalen over hoe deze technologieën ons gaan beïnvloeden, wat er klopt aan deze verhalen, maar vooral ook wat er niet klopt. Over hoe dit soort verhalen meer gestuurd worden door toekomstbeelden die voldoen aan maatschappelijke behoeften: welke verhalen ‘verkopen’, dan door wat realistisch gezien verwacht mag worden van nieuwe technologie.

Onze fascinatie voor de toekomst is sowieso al erg groot, maar zodra er nieuwe technologie in het spel komt die ons toch al luxe, Westerse leventje nòg iets comfortabeler lijkt te gaan maken, gaan we met zijn allen helemaal aan. De vraag naar voorspellingen, trendrapporten en scenariostudies valt niet meer bij te benen. Zeker niet zodra een technologie het label ‘revolutionair’ krijgt. En dat is nogal vaak, want mensen in de toekomstindustrie hebben ook gezinnen die moeten eten en op vakantie willen. 

Het zou misschien niet zo erg zijn als ‘de voorspellers’  iets zouden weten van de impact van nieuwe technologie op de samenleving. Die is meestal relatief klein. Niet omdat technologieën de samenleving niet beïnvloeden, maar wel omdat alles altijd heel ingewikkeld is. Omdat we heel veel technologieën tegelijk gebruiken waardoor het nieuwe joch in de buurt – zeg Instagram, of ChatGPT- wel íets verandert, maar lang niet àlles. 

Er zijn wel technologieën die de samenleving ingrijpend veranderd hebben: het schrift, de stoommachine, elektriciteit, telecommunicatie. Die deden er allemaal erg lang, dat wil zeggen de uitvinding van tientallen concrete technische oplossingen, over voordat we de effecten merkten. Daarbij komt: ‘Generatieve AI’ past echt niet in dit rijtje. Het kan zich niet meten met de gloeilamp. Misschien wel met de CD speler, maar we weten hoe het daarmee is afgelopen.

Afijn. De kritiek van Rein de Wilde is dat de toekomstindustrie geneigd is om de relatie tussen technologie en de samenleving als monolithisch -een moeilijk woord voor eenduidig- voor te spiegelen. Er is één aspect van de nieuwe technologie die zo bijzonder is en zo succesvol – dat dit aspect onderdeel uit gaat maken van onze cultuur. ‘Sociale media gaan ons allemaal verbinden waardoor culturele verschillen tussen groepen in de samenleving als sneeuw voor de zon gaan verdwijnen’. Dat werk. 

Daar zijn twee dingen mis mee. Ten eerste werkt het zo niet. Elke nieuwe technologie werpt een subtiel net uit van dingen die er door veranderd worden, dingen die juist niet veranderen of juist versterkt worden. En alsof dat niet erg genoeg is passen we ons daar als samenleving ook nog op aan op allerlei verschillende manieren. Iedereen die denkt dat ze deze co-evolutie van technologie en samenleving precies kan voorspellen is een idioot. 

Ten tweede legt De Wilde haarfijn bloot dat de voorspellingen van mensen uit deze industrie nooit neutraal zijn. Ze grijpen in op bepaalde utopische ideeën over de samenleving, idealen die door technologie verwezenlijkt kunnen worden. Dat is een begrijpelijke gedachte, technologie dient om de dingen waar we van dromen waar te maken, maar doordat mensen uit de toekomstindustrie deze idealen presenteren als een onvermijdelijke ontwikkeling plaatsen ze die idealen buiten de discussie. 

Soms is dat: wat we willen met bepaalde technologie en vooral of we dat wel moeten willen, de kern van de discussie die we zouden moeten voeren. Met Rein de Wilde, denk ik dat de retorische stijl van de toekomstindustrie deze discussie bemoeilijkt in plaats van bevordert. In een notendop is dit dus mijn advies. Laat de toekomstindustrie links liggen en besteed meer aandacht aan de wenselijkheid van nieuwe technologie. Laten we, vandaag nog, de vraag of we generatieve AI wel willen, eens centraal stellen.

Meer lezen?

Ik sprak over voorspellingen in peilingen. waar,  vooruitgang en in opdracht van de tijd.

Het boekje van Rein de Wilde is niet meer in druk, maar het is goed verkrijgbaar en de moeite van het lezen waard.

1 reactieEen reactie plaatsen

Bewusteratuur

Is het mogelijk om de hoeveelheid bewustzijn van mensen te meten? Sommige dingen doe je onbewust en andere dingen bewust. Als je onder narcose bent heb je geen ervaringen; als je slaapt weinig, terwijl je als je wakker bent ‘volledig’ bewust bent. Zou je hier een maat aan kunnen hangen? Kunnen we, met andere woorden, bewustzijn meten zoals je ook temperatuur kan meten? Onze ‘bewusteratuur’?

Onschuld en belofte

Dat is natuurlijk geen onschuldige vraag. Als je iets meetbaar maakt, geef je het ook een nauwkeurige definitie. Vroeger was temperatuur een vaag begrip. Iedereen was het erover eens dat het overdag warmer is dan ‘s nachts en dat het in de schaduw koeler is dan in de zon, maar er waren toen ook kwesties waar discussie over bestond.

De uitvinding van de kwikthermometer was een flinke stap voorwaarts. Hierdoor konden we de verschillen tussen dag en nacht precies duiden, maar we verloren ook iets. We ontdekten dat verschillen in hoe warm iets aanvoelt niet altijd precies samenhangt met de temperatuur. In de zon voelt het bijvoorbeeld warmer aan dan in de schaduw, maar dat ligt niet alleen aan de temperatuur van de lucht, maar ook aan de warmte van de zonnestralen zelf. Door temperatuur meetbaar te maken zijn we ook iets anders gaan bedoelen met het begrip. Vroeger verwees het vooral naar hoe warm iets aanvoelt, nu zien we het als één van de mogelijke oorzaken van dat gevoel. We hebben temperatuur op zijn plek gezet; dankzij de thermometer moest temperatuur een stapje terug doen in ons denken over warmte. Het idee van een gevoelstemperatuur roept eigenlijk nostalgie op naar de tijd dat de temperatuur en ons gevoel erover nog netjes samenliepen.

Om die reden is het bewustzijn ‘meten’ riskant. Er is veel discussie over wat bewustzijn precies is. Als we het meetbaar gaan maken, zijn we niet meer vrij om allerlei ideeën over het karakter van bewustzijn te verzinnen. Hoe we het meten, gaat bepalen wat het is. Maar dat is ook de grote kracht ervan. Als we weten hoe we bewustzijn kunnen meten krijgen we ook antwoorden op vragen die nu buiten ons bereik liggen. Zoals de vraag wie er allemaal bewustzijn hebben. Ik zou er eindelijk achter kunnen komen of de boom buiten mijn raam bewustzijn heeft, en of ze wakker is, of slaapt, of dat ze geniet van het zonnetje, simpelweg door te meten hoe bewust ze is.

Het ontwikkelen van een meetinstrument.

Natuurlijk zijn we nog niet zo ver. Net zoals dat het meten van temperatuur begon met het idee van gevoelstemperatuur, waarna we langzaam gezocht hebben naar manieren om dit idee handen en voeten te geven, moeten dat proces bij het meten van de hoeveelheid bewustzijn ook moeten doorlopen.

Tegenwoordig meten we de grootheid temperatuur in de eenheid Celsius. Maar hoe zat het voor Celsius? Om een grootheid meetbaar te maken, moeten je hem koppelen aan iets anders dat je al kunt meten. De oude Grieken wisten dat gassen en vloeistoffen uitzetten bij hogere temperaturen – en dat je temperatuur dus kan uitdrukken als een volume van een bepaalde hoeveelheid vloeistof. Kwik zet bijvoorbeeld per graad Celsius 0,018% uit. Zo kun je met de uitzetting en krimp van kwik temperatuurverschillen meten.

Maar alleen een werkprincipe is niet genoeg. Je hebt ook nog of ijkpunten, nodig. Iets waarvan weet dat ze een bepaalde temperatuur hebben. Celsius gebruikte smeltend ijs en kokend water. Dat lijkt een eenvoudige oplossing omdat deze een vaste temperatuur hebben, maar dat konden de uitvinders van de eerste thermometers niet weten, aangezien ze geen thermometers hadden.

Er is dus een Catch-22 situatie bij het ontwikkelen van meetinstrumenten. Je kunt je meetinstrument pas in elkaar zetten als je zeker bent van de ijkpunten en je kunt daar pas zeker van zijn als je een meetinstrument hebt. Eigenlijk is het nog iets ingewikkelder, want ook het werkprincipe was nog onzeker. De uitzetting per graad van veel vloeistoffen is bijvoorbeeld afhankelijk van de temperatuur. En ook dat kun je pas meten als je een betrouwbare thermometer hebt.

Het ontwikkelen van de thermometer was daarom een lang en ingewikkeld proces. We probeerden verschillende vloeistoffen en vaste stoffen, zochten andere ijkpunten, en vergeleken maten. Elke keer werd de techniek een beetje verbeterd. Totdat de metingen stabiel waren. Al die tijd tastten we in het duister over hoe nauwkeurig ze eigenlijk waren. Hoewel de basisideeën voor temperatuur meting al bij de oude Grieken bekend waren, duurde het tot ongeveer 1800 voordat we betrouwbare thermometers hadden

Metingen van de bewusteratuur

Ook bij het meten van bewustzijnsniveaus is het lastig om goede ijkpunten te vinden.

Narcose is een mooie kandidaat voor het nulpunt van bewustzijn. We voelen dan immers geen pijn en kunnen ons later niets herinneren. Helaas zijn er genoeg verhalen van patiënten waarvan men dacht dat ze buiten bewustzijn waren die plotseling hun ogen open deden of die zich konden herinneren wat artsen zeiden tijdens de operatie. Slaap is ook geen ideaal ijkpunt. Mensen dromen en er zijn daardoor grote verschillen in hersenactiviteit tijdens de slaap. Het is onduidelijk hoe die slaapfasen verband houden met bewustzijn.

En ook aan de bovenkant van de schaal zijn er problemen. Een gezonde, wakkere volwassene zou een goed ijkpunt kunnen zijn, maar niet iedereen is even bewust misschien en het fluctueert misschien ook door de dag heen. En wat moeten we met bewustzijnsverruimende middelen zoals LSD? Deze zorgen voor hallucinaties? Veel gebruikers ervaren dit als een ‘hoger niveau’ van bewustzijn, maar veel artsen en onderzoekers op dit gebied betwijfelen dat.

En dan is er het werkprincipe. Wat kunnen we al meten dat samenhangt met bewustzijnsniveau? Ik hoor jullie denken ‘hersenactiviteit (!)’, maar de meeste activiteiten van het brein leiden niet tot bewuste ervaringen. Het lijkt er dus niet op dat algehele hersenactiviteit een goede maat is. Wetenschappers hebben ook geen specifieke plek in de hersenen gevonden waar bewuste ervaringen ontstaan. Hersenactiviteit op één bepaalde plek meten, is daarom ook geen oplossing.

Ergens is dat geruststellend. Blijkbaar is het bewustzijn geen specialisatie van het brein en hoeft het er niet buitenproportioneel hard voor te werken. Maar wat kan het dan wel zijn? Een populaire theorie komt uit een onverwachte hoek: bestandscompressie op de computer. Je hebt vast wel eens een zip-bestand gemaakt van een programma, document of afbeelding zodat het minder ruimte op je harde schijf innam of makkelijker te versturen was. Wat WinZip doet, is de lange reeks enen en nullen in het bestand door te nemen en te kijken of er overbodige informatie in zit. Op het moment dat de combinatie 1101011 vijftien keer achter elkaar voorkomt kun je in plaats van al die enen en nullen uit te schrijven ook een code invoeren die zegt vijftien keer deze serie graag. Dat bespaart ruimte.

Wat interessant is aan deze benadering, is dat het ook iets zegt over de complexiteit van de code. Als een bestand flink kleiner kan worden gemaakt, bevat het veel overbodige informatie en is het blijkbaar niet erg complex. Maar bestanden die moeilijk te verkleinen zijn, hebben complexe code: alle informatie is nodig.

Deze aanpak kun je ook toepassen op hersenactiviteit. Je meet de hersenactiviteit onder gecontroleerde omstandigheden en bekijkt hoeveel overbodige informatie erin zit. Door de hersenactiviteit om te zetten in een reeks enen en nullen, kun je zien hoeveel kleiner het bestand wordt. Het blijkt dat als hersenactiviteit veel overbodige informatie bevat en flink gecomprimeerd kan worden, mensen minder bewust zijn.

Dat is een spannende ontdekking. Het lijkt erop dat bewustzijn te maken heeft met hoe goed de hersenen informatie samenvatten. Het gaat om integratie van informatie, of gerichte hersenactiviteit, niet alleen om hoeveel activiteit of informatie die er is. Dit betekent dat middelen zoals LSD en paddo’s, die vaak bewustzijnsverruimend worden genoemd, eigenlijk je bewustzijn verlagen. Je hersenen integreren informatie dan minder goed. Bewustzijnsverruiming betekent dus juist minder bewustzijn.

De boom der wijsheid

Tegelijkertijd zijn we nog verre van een werkend meetinstrument. De zipmethode kan een ruwe indicatie geven van bewustzijnsniveau, die ongeveer overeenkomt met hoe artsen het ook zien, maar er moet nog heel wat water door de Rijn voordat we een gestandaardiseerde maat hebben die breed toepasbaar is.

Het idee dat ‘het bewustzijnsniveau overeenkomt met de hoeveelheid geïntegreerde informatie’ klinkt goed, maar er zijn veel problemen met de definitie. Wat tel je als ‘informatie’ en wat niet. Integratie betekent dat het geheel meer is dan de som der delen, maar hoe definieer je de delen en het geheel? Aantal hersencellen? Hoeveelheid stroompjes? Wat is de eenheid van informatie in het brein? Dit zijn vragen die nog lang niet beantwoord zijn.

De ontwikkeling rondom het meten van de bewusteratuur laten zien dat het niet ondenkbaar is dat we tot een maat voor de mate van bewustzijn kunnen komen. En dat we daarmee ons begrip van bewustzijn voorgoed veranderen. Als we bewustzijn zien als geïntegreerde informatie, kunnen we nieuwe antwoorden vinden op vragen zoals welke organismen (of apparaten) bewustzijn hebben. Maar we verliezen ook iets. De ‘bewusteratuur’ beantwoordt niet de vraag hoe het voelt om een vleermuis te zijn, en misschien zullen we die vraag in de toekomst dan ook niet meer stellen. Ik zelf zou dat enorm jammer vinden.

Meer lezen?

Dit blogje maakt uit van een serie over het bewustzijn. In bewust besprak hoe het maar de vraag is of het bewustzijn maar één vraagstuk, of eerder een familie van losse problemen die elkaar soms wel en soms niet raken. In ervaring ging ik in op de vraag of dieren ervaringen hebben en hoe we dat kunnen weten. In dualisme zette ik een aantal filosofische posities over het bewustzijn uiteen. In een volgend blogje ga ik nog in op de vraag of computers een vorm van bewustzijn kunnen hebben.

Ik scheef al eerder over de hersenwetenschap in: breinquintologie, op zoek naar het brein, informatieverwerker, gedachtenmeting en het onbegrijpelijke brein.

Voor dit blogje maakte ik dankbaar gebruik van het boek Being You van Anil Seth.

6 reactiesEen reactie plaatsen

Bewust

Tot ik een blogje over de vrije wil schreef, en dat allerlei heftige reacties opriep, had ik er nooit zo bij stilgestaan, maar: ‘het bewustzijn’ is een van de meest intieme onderwerpen waar je in wetenschappelijke of filosofische zin over kunt schrijven. 

Eigenlijk zijn er meerdere vragen over het bewustzijn die in elkaar grijpen. De meest fundamentele vraag is misschien wel wat het karakter en de oorzaak is van onze ervaringen. We brengen de hele dag door met onze gedachten en ervaringen. Op school mag je best zwaktes hebben, als je je er maar bewust van bent. We gaan naar een concert en praten na over hoe we dat ervaren hebben. We nemen ingrijpende beslissingen op basis van onze ervaringen. Ervaringen zijn gewoon belangrijk voor ons. Dan kan het knap confronterend zijn als er iemand van buiten komt die over onze ervaringen spreekt op een manier die niet overeen komt met hoe we het ervaren – of met hoe bijzonder dat is: het feit dat we ervaren! 

De tweede vraag licht er één type ervaring uit. Die van het zelf. Die vraag ligt nog veel gevoeliger. We zijn ons bewust van ons lichaam. We denken ‘s ochtends dat we nog dezelfde zijn als gisterenavond. We kennen onszelf unieke eigenschappen en karakteristieken toe; een identiteit. Meer nog dan het feit dat we ervaringen hebben vinden we het belangrijk dat die ervaringen onze individualiteit onderstrepen. Ik schreef in poetsvissen al eens over zelfbewustzijn en hoe moeilijk het is aan te tonen in andere dieren dan mensen. En eerlijk is eerlijk: het liefst willen we het ook niet overal vinden. We kunnen misschien leven met het idee dat andere dieren, of zelfs planten ervaringen hebben, maar zelfbewustzijn: dat houden we liever voor onszelf.

De derde vraag, die over de vrije wil, is het meest explosief. We hebben als mensen het idee dat we zelf beslissingen nemen. We kunnen er voor kiezen om naar buiten te gaan of lekker binnen te blijven. We kunnen onze stem uitbrengen op de ene of de andere politieke partij. We kunnen hier al stoppen met lezen, of toch nog doorgaan tot het einde van dit blogje. Het is best mogelijk dat we al deze beslissingen nemen onder invloed van dingen van buiten, maar uiteindelijk hechten we er erg aan dat we zelf het laatste woord hebben.

Dat is waarschijnlijk waarom de filosofische posities op dit onderwerp zo verhard zijn. Mensen die beweren dat de vrije wil ‘niet bestaat’ hebben met zoveel weerstand te maken dat ze zich helemaal ingraven in hun positie, en mensen die aan het idee hechten laten zich ook niet zomaar iets anders wijsmaken. Het heeft veel discussie tot gevolg, waarin volgens mij vaak meer op het spel gezet wordt dan nodig. Determinisme, het recht, de menselijke conditie, religie; het zijn misschien grote intellectuele belangen die gebaat zijn bij een duidelijk antwoord over bewustzijn, het zelf en de vrije wil, maar de kans dat de antwoorden zo genuanceerd zijn dat het voor al deze kwesties weinig uitmaakt is levensgroot. Ik schreef het al in wil: als er hersenactiviteit is voor we ons er bewust van zijn betekent dat nog niet dat we het niet uit vrije wil doen. En als we een bewuste keuze maken om een hond uit het water te redden, betekent dit nog niet dat we vrij waren in de zin van ‘vrij van invloeden van buitenaf’. We ervaren vrijheid en hebben het waarschijnlijk ook, maar die vrijheid is gewoon niet absoluut.

Misschien is het bewustzijn het laatste bastion van de menselijke hoogmoed. Nadat de aarde al niet het middelpunt van het heelal bleek, en de mens niet de kroon op de evolutie, houden we ons vast aan de unieke menselijke psyche. We willen het idee dat het bewustzijn iets unieks menselijks is, iets fundamenteels, iets dat ons specialer maakt dan een toevallige samenloop van omstandigheden nog niet opgeven. Maar zoals eerder met die andere onderwerpen knagen de wetenschap en filosofie ondertussen wel aan onze stoelpoten. Bewustzijn is minder bijzonder dan we graag zien, maar vooral: bewustzijn, zelfbewustzijn en vrije wil zijn misschien wel verschillende dingen die op verschillende plekken en verschillende manieren in de natuur voorkomen. 

Pas als we bereid zijn dat te erkennen kunnen we de discussie verder brengen, een genuanceerd beeld van het bewustzijn vormen en verkennen of, en hoe, de grote vragen beïnvloed worden door het antwoord. Tot die tijd zit onze trots, ons soortbewustzijn, ons alleen maar in de weg.

Meer lezen? 

Dit is het eerste deel van een serie blogjes over het bewustzijn. In het volgende blogje ga ik in op ervaringen van dieren en wat we daar van kunnen weten. Daarna bespreek ik nog het filosofische en het wetenschappelijke denken over het bewustzijn, en ik ga in op de vraag of generatieve AI bewust is.

Ik schreef eerder over zelfbewustzijn in poetsvissen, en over de vrije wil in wil. Ook mijn serie blogjes over de hersenwetenschap: breinquintologie, op zoek naar het brein, informatieverwerker, gedachtenmeting en het onbegrijpelijke brein. zijn gerelateerd aan dit onderwerp.

6 reactiesEen reactie plaatsen

Het onbegrijpelijke brein

The Idea of the Brain van Matthew Cobb geeft lezers een inkijkje in waar de neurowetenschap vandaan komt en waar deze staat. Je leert ervan over hoe het brein werkt en over hoe de wetenschap werkt. Die dubbele laag maakt het boek zo boeiend.

Cobb is een nuchtere wetenschapshistoricus. Het zou gemakkelijk genoeg geweest zijn om te laten zien dat ideeën die we nu natuurlijk vinden, zoals specialisatie in het brein, al voorkwamen bij de oude Grieken of Islamitische geleerden en dat de voortschrijdende wetenschap steeds meer bewijs gevonden heeft voor die ideeën. Maar Cobb kiest ervoor om te laten zien hoe een idee over het brein ontstond, welke vruchten het afwierp en hoe eigenlijk steeds ook het spoor weer doodliep. Dat doet hij voor ideeën die we nu absurd vinden, zoals het idee dat het brein in het hart zit, maar ook voor ideeën die we nu voor waar aannemen zoals evolutie.

Daarmee laat hij zien dat de wetenschap niet vooruitgaat via een serie briljante ideeën en ontdekkingen, maar dat er evengoed, of zelfs vooral, toevallige ontdekkingen, verwarring en fouten nodig zijn om verder te komen. Cobb beschrijft de ideeën uit het verleden niet als stappen op weg naar ons huidige begrip, maar zoals ze vroeger gebruikt werden. Min of meer volledige theorieën in al hun complexiteit en met de bijbehorende onduidelijkheden. Dat geeft, mits je als lezer de neiging kunt onderdrukken de lijntjes naar de toekomst zelf te leggen een eerlijk beeld van de ontwikkeling van de wetenschap.

Door het boek heen valt steeds op hoe belangrijk technologie is geweest als metafoor voor het brein. Het meest algemeen begrijpen we het brein ‘als een machine’, maar eigenlijk gaf elke opwindende nieuwe technologie ook aanleiding om op een andere manier naar het brein te kijken. Dat werkte zo in twee richtingen. Technologie was een metafoor voor het brein en het brein een metafoor voor de technologie. Het brein werd gezien als een telegraaf, terwijl telegraaflijnen op hun beurt werden geïnterpreteerd in termen van zenuwactiviteit. Daarmee is het begrip van het brein dus sterk cultureel verankerd.

Wat ook opvalt is hoe weerbarstig het brein is als het gaat om het verzamelen van empirisch bewijs over haar werking. Dat gold voor de Aristotelianen die hun kennis moesten vergaren door breinen van verschillende dieren te verzamelen. Het gold ook voor de wetenschappers die stroomstootjes gingen toedienen aan het brein van zieke patiënten, maar het geldt nog steeds voor de hedendaagse neurowetenschappers. Zij komen met hun dure scanners niet verder dan te laten zien welke stukjes, met elk tientallen miljoenen cellen van het brein, een beetje actiever zijn bij het uitvoeren van een bepaalde taak.

Het lukt ook maar niet om het goede niveau van analyse te vinden. Het lijkt erop dat het brein op verschillende organisatieniveaus op een andere manier begrepen moet worden. Losse cellen werken wezenlijk anders dan groepen cellen. Op sommige niveaus is het brein gespecialiseerd en gelokaliseerd, op andere niveaus is het gedistribueerd.

Een mogelijkheid om het gedrag van groepen cellen te begrijpen is het terug te brengen naar eenvoudigere netwerken en dan op te schalen. Onderzoek aan fruitvliegjes en zebravissen kan ons misschien meer leren over het brein, dan de beste fMRI-scanners. Genetische manipulatie kan daarbij mogelijk helpen. Het maakt het mogelijk systematisch te experimenteren met hoe het gedrag van deze dieren beïnvloed wordt door kleine aanpassingen aan het brein.

Maar of we daarmee wél verder komen is nog steeds de vraag. We zullen ook nieuwe ideeën moeten ontwikkelen: nieuwe metaforen en concepten om het brein te begrijpen. Want Cobb laat zien dat de moderne breinwetenschap, met al haar empirisch geweld en technisch vernuft nog steeds beperkingen heeft. De wetenschap die valse herinneringen in dieren kan implanteren en mensen in staat kan stellen computers te besturen met hun gedachten, boekt toch weinig vooruitgang in het daadwerkelijke begrip van de werking van het brein als geheel.

Deze kwestie wordt ook door breinwetenschappers zelf opgeroepen. Eric Jonas en Konrad Paul Koning deden een poging om de technieken die neurowetenschappers gebruiken op verschillende manieren toe te passen op de MOS-6507 processor. De MOS-6507 is de chip die in de jaren ’70 in computers zat en spelletjes als Donkey Kong en Space Invaders mogelijk maakte. Het is een relatief eenvoudig apparaat waarvan de werking volledig bekend is.

Jonas en Koning brachten de structuur in kaart, schakelden sommige delen uit en deden allerlei andere dingen die neurowetenschappers zoal doen met het brein. Ze slaagden er echter niet in te achterhalen hoe informatie in die chip werd verwerkt. Dit mislukte jammerlijk. Ze concludeerden dat de technieken van de neuroscience onvoldoende geschikt waren om het noodzakelijke begrip van dit intelligente apparaat op te bouwen.

Kunnen we, vraagt Cobb, het brein leren begrijpen met de technieken die we nu tot onze beschikking hebben? En hebben we meer techniek of eerder meer verbeelding nodig om dat te doen? Cobb neigt naar het laatste, maar misschien is de vraag die het boek het meeste oproept, wat we eigenlijk bedoelen met het begrijpen van het brein.

Ooit waren we best tevreden met het idee van het brein als een computer, maar nu willen we echt meer. Ooit dachten we dat het brein de complexiteit van een stoommachine zou hebben, nu weten we echt wel beter. Maar als we Cobb’s geschiedenis serieus nemen moeten we ook meenemen dat de invulling van begrijpen mee veranderd is met de wetenschap. Elk hoofdstuk, elke metafoor, elk kernidee, bracht niet alleen begrip, maar ook een veranderende en groeiende behoefte om het brein in detail te begrijpen. Dat zal in de toekomst niet anders zijn. We blijven op reis.

Meer lezen?

Dit is de slotpost van een serie blogjes over breinwetenschap aan de hand van het boek van Matthew Cobb. De serie start met een introductie in het blogje ‘brein quintologie‘, om daarna in op zoek naar het brein in te gaan op de oude breinwetenschappen; in informatieverwerker op de toepassing van het idee van informatie en communicatie op het brein; en in gedachtenmeting op de moderne breinwetenschap.

Ik schreef al eerder over het brein. Bijvoorbeeld in ‘wil‘ waar ik inga op de wetenschappelijke discussie rondom het bewustzijn, en in ‘geheugenmachine‘ waar ik inga op de werking van het geheugen.

Ik schreef ook al eerder over wetenschapsgeschiedenis. Bijvoorbeeld in de wetenschapsgeschiedenis van Rens Bod en over de wisselwerking tussen informatiewetenschappen en technologie en in ‘reading James Gleick’s the information’. Het schrijven van Cobb doet ook sterk denken aan de wetenschapsfilosofie van Larry Laudan.

Deze blogjes zijn natuurlijk vooral bedoeld om jullie lekker te maken om The Idea of the Brain zelf te lezen.

6 reactiesEen reactie plaatsen

Gedachtenmeting

Technologieontwikkeling heeft ons denken over het brein beïnvloed doordat we het brein proberen te begrijpen vanuit de werking van die machines: zoals het idee van het brein als een telefooncentrale of het brein als een computer.

Maar dankzij de technologie kunnen we ook steeds slimmere metingen aan het brein doen. Toegegeven: ook de leerlingen van Aristoteles deden aan empirische breinwetenschap – door het uiterlijk van het brein van verschillende dieren te vergelijken. Maar de moderne technologie stelt ons in staat om in levende breinen activiteit te meten, om in te grijpen in het denken met elektronica en het brein na te bootsen in computermodellen. Dat is machtig gereedschap.

Hoe ver brengt al dit technologische geweld ons eigenlijk bij het begrijpen van het brein? De moderne wetenschap is versnippert in allerlei specialismen en dit geldt ook voor het onderzoek aan het brein. Laten we er eens een aantal van bekijken.

Geheugen
Ik heb het eerder in deze serie al gehad over de lokalisatiegedachte : dat bepaalde taken op een bepaalde plek in het brein worden uitgevoerd. Maar we kunnen dit idee natuurlijk toepassen op het geheugen. Als ik aan mijn oma denk, heb ik daarvoor dan een specifieke cel of een klein groepje cellen nodig?

Het idee van lokalisatie van het geheugen heeft een grote impuls gehad door de experimenten van neurochirurg Wilder Penfield. Hij liet zien dat als het brein op specifieke plekken gestimuleerd wordt mensen zeer specifieke, levendige herinneringen rapporteren – alsof ze het op dat moment meemaakten. De suggestie dat die herinnering op die specifieke plek is opgeslagen is dan ook sterk. Ook de verwerking van zintuiglijke informatie was volgens Penfield gelokaliseerd hetgeen resulteerde in het beroemde homunculus plaatje: waar de hersenen zijn afgebeeld met specifieke delen van het lijf waar ze aan gekoppeld zijn.

Toch wierpen deze bevindingen niet meteen het idee dat herinneringen juist gedistribueerd werden opgeslagen tegen. Een probleem was dat de herinneringen die Penfield kon oproepen heel anders zijn dan normale herinneringen. Ze waren heel levendig en vol detail, terwijl ‘normale’ herinneringen juist vaag zijn en met veel raadwerk aan elkaar gehouden worden. Bovendien was zijn stimulatie vrij grofmazig waardoor het nog altijd de vraag is wat hij precies stimuleerde. Een andere vraag was hoe een herinnering precies in een hersencel opgeslagen kan zijn.

Deze laatste vraag werd beantwoord door Donald Hebb. Hij stelde dat het brein leert door het netwerk van neuronen aan te passen. Erik Kandel toonde later aan de hand van zeeslakken aan dat Hebbs hypothese correct was. Geheugen werkt via het versterken en verzwakken van connecties in het brein. Dit netwerkidee sluit niet uit dat specifieke cellen aan specifieke herinneringen gekoppeld zijn, maar hoe ‘lokaal’ of ‘geïsoleerd’ die netwerken zijn is een open vraag. We weten simpelweg niet hoeveel cellen samen een herinnering vangen, of die dicht bij elkaar zitten – en in hoeveel herinneringen elke cel een rol speelt.

Het vermogen om nieuwe herinneringen op te slaan kan kapot gaan. De patiënt Henry Molaison werd bijvoorbeeld voor epilepsie behandeld met een breinoperatie waarin delen van het brein worden verwijderd (lobotomie) – een behandeling die wel op schizofrene patiënten werd uitgevoerd.

Daarna kon Henry geen nieuwe herinneringen meer opslaan. Oude herinneringen waren nog prima en werkten zoals altijd, maar nieuwe gebeurtenissen sloeg hij gewoon niet op. Henry is uitgebreid onderzocht en daardoor hebben we veel geleerd over het brein, maar een van de meest duidelijke dingen is dat er een specifiek hersengebied is: de hippocampus, waar de opslag van herinneringen geregeld wordt.

Inmiddels weten we zoveel van de biochemie van leren, dat we valse herinneringen in muizen kunnen inplanteren met elektronica. Bepaalde cellen waarvan we weten dat ze betrokken zijn bij het herkennen van een bepaalde geur worden gestimuleerd samen met cellen die met beloning te maken hebben. Vervolgens herkennen muizen die geur, ook al hebben ze hem nooit eerder in het lab geroken.

Het neurologische onderzoek van het geheugen is dus wat paradoxaal. We weten erg veel en we begrijpen het brein zelfs zo goed dat we het kunnen controleren, terwijl we tegelijkertijd nog altijd geen antwoorden op basale vragen hebben over hoe herkenningen worden opgeslagen.

Circuits
Aangezien we weten dat herinneringen in netwerken van cellen worden opgeslagen, is het dan niet mogelijk om het brein te leren kennen door het simpelweg in kaart te brengen? Dat wil zeggen door vast te stellen welke neuronen met welke verbonden zijn?

Wetenschappers hebben dit op verschillende manieren proberen te doen. Eén manier is om het gedrag van individuele neuronen te bestuderen in het lab en in het brein. Dit onderzoek is begonnen met katten. Onderzoekers verdoofden een kat en maten de activiteit van één van de hersencellen als gevolg van lichtinval in het oog. De cel bleek alleen gevoelig voor een lijn die verticaal bewoog. Andere vormen en bewegingen hadden geen effect. Het idee was geboren dat cellen hoogst gespecialiseerd zijn.

Mensen zijn ook op deze manier onderzocht. Ook daar bleek specialisatie. Er bleken bijvoorbeeld cellen bij proefpersonen die reageerden op afbeeldingen Jennifer Aniston, maar niet op andere gezichten of beelden.

Toch is de conclusie dat er zoiets bestaat als een Jennifer-Aniston-cel niet helemaal terecht. De cel maakt immers deel uit van een netwerk. De ‘code’ voor de actrice kan verdeeld zijn over heel veel cellen waar deze toevallig bij hoort. En de cel kan bijdragen aan andere codes waar we geen weet van hebben omdat die niet getest zijn.

Door onze focus op die ene cel verliezen we het totaal uit het oog – en daardoor weten we eigenlijk nog steeds vrij weinig. De indruk die wel ontstaat is dat er een hiërarchie bestaat in het brein, waarbij sommige cellen gevoelig zijn voor veel verschillende stimuli en anderen die veel meer gespecialiseerd zijn, waarbij de gespecialiseerde cellen veel bijdragen aan de herkenning van een bepaald concept. Maar wat die ‘topcel’ dan precies codeert is alsnog een grote vraag.

Als je niet te veel wilt inzoomen op een enkele cel kun je als wetenschapper ook de bedrading als geheel onderzoeken: welke cellen zijn precies met elkaar verbonden? Dit wordt het connectome genoemd. Dit is alleen voor de meest eenvoudige dieren te doen. Een enkele hersencel kan verbindingen hebben met tientallen andere cellen en dat kan wel 30 meter bedrading betekenen.

In de jaren tachtig lukte het voor een wormpje: C. elegans. Het wormpje heeft 900 cellen, waaronder 300 neuronen. Seymour Benzer kreeg er de Nobelprijs voor. Inmiddels wordt aan een diagram van de fruitvlieg larve gewerkt. Daarmee is iets wat ook maar in de verste verte lijkt op de complexiteit van een zoogdierenbrein nog ver weg.

En dan is de vraag wat die bedrading laat zien. Onderzoek liet zien dat verantwoordelijkheden op verschillende manieren in het netwerk terecht kunnen komen. Met andere woorden: voor zover we al een eenduidig antwoord uit te halen is over wat de fysieke bedrading is, dan kan hersenactiviteit nog altijd op verschillende manieren door die bedrading lopen. Cellen kunnen verschillende rollen aannemen. Dat roept de vraag op hoe dit breinkaart project ooit inzichten gaat opleveren waar we direct mee doorkijken. Op zijn minst zullen we moeten modelleren wat er op die infrastructuur gebeurt.

Computers
Daar komen computers weer van pas het brein kan softwarematig gesimuleerd worden. Vroege pogingen lijken op wat nu het neurale netwerk genoemd wordt. Er is een input en een output en stukjes software daar tussenin (verborgen lagen) die signalen bewerken en doorgeven aan andere cellen.

In principe is dit een krachtig model van hoe het brein werkt en het heeft ons lerende en patroonherkennende computers gebracht, maar weinig inzicht in hoe het brein werkt. Op zich kan je monitoren hoe de software verandert op basis van een leertaak, maar dat heeft zo weinig inzicht gebracht dat van AI gezegd wordt dat het een soort alchemie is. Soms werkt het goed, maar soms ook niet en niemand lijkt te kunnen begrijpen waarom dan.

Een indrukwekkende loot aan deze stam zijn brein-computer interfaces. Via een implantaat bouwen wetenschappers een directe link tussen het brein en een computer. Mensen kunnen zo met hun brein een prothese leren besturen en er zijn ook pogingen om protheses voor de zintuigen, zoals de ogen, te maken. Het lijkt het ultieme bewijs dat we het brein zo goed begrijpen dat we het onder controle kunnen krijgen, maar feitelijk zien we hoe twee lerende systemen zich op elkaar aan kunnen passen. Het brein leert de input van de prothese verwerken, de prothese leert patronen in de elektriciteit van het brein te herkennen. Die lerende systemen blijken succesvol samen te kunnen werken en, hoe indrukwekkend dat ook is, het leert ons weinig over de precieze werking van het brein.

Chemie
Tot nu toe hebben we vooral de elektrische kant van het brein besproken, maar het brein is ook een chemische fabriek.

De ontdekking van LSD luidde een tijdperk in waarin de chemie van het brein volop in de belangstelling kwam te staan. De werking werd toevallig ontdekt door Albert Hofmann in 1943 toen hij het stofje, dat ontwikkeld was als middel om beter te kunnen ademen tot zich nam en tijdens een fietstochtje in een hallucinante trip belandde.

Er was wel bekend dat er stoffen waren die je stemming konden beïnvloeden, maar zulke sterke en precieze effecten op het brein waren onbekend. Al snel werden ook andere stoffen ontdekt zoals antidepressiva en lithium. De ontdekking van deze stoffen viel ongeveer samen met de vaststelling dat de overdracht van neuroactiviteit chemisch en dus niet elektrisch van aard is. Het had een enorme impact op de psychiatrie (destijds nog in de ban van psychoanalyse), maar na deze vruchtbare beginperiode liep de vondst van psychoactieve stoffen dood.

Er werden honderden chemische stoffen geïdentificeerd die op verschillende tijdschalen een effect op het brein hadden, waardoor er een nieuwe laag van complexiteit aan ons begrip van het brein werd toegevoegd. Alsof een brein dat puur elektrisch werkt al niet ingewikkeld genoeg was. Helaas begrijpen we nog weinig van de precieze rol van al deze stoffen en is het toedienen van psychoactieve stoffen aan het lichaam een vrij grofmazige methode om het brein mee te behandelen. Daarom – en omdat er al jaren geen goede kandidaten zijn – lijkt dit onderzoek een beetje op een dood spoor te zitten.

Lokalisatie
Naast lokalisatie van het geheugen is ook lokalisatie van functie nog altijd een onderwerp van onderzoek. Dit onderzoek nam in de tweede helft van de 20e eeuw een grote vlucht door fMRI. fMRI is een indrukwekkende scanningstechniek die vrij precies kan vaststellen waar er bloed door het brein stroomt. Dit wordt op haar beurt als een indicator van activiteit gezien. Vrij precies is overigens nog altijd zeer grofmazig in relatie tot individuele hersencellen: een gebiedje van één fMRI-pixel bevat 5,5 miljoen neuronen.

fMRI is populair omdat op relatief eenvoudige wijze kan worden aangetoond dat bepaalde hersengebieden actief zijn bij bepaalde taken, waardoor een hersengebied voor specifieke emoties, bepaalde soorten beelden en andere stimuli geïdentificeerd kunnen worden. Het idee achter dit programma is dat we die hersengebieden één voor één in kaart kunnen brengen, waarmee we een basis leggen om ook iets te zeggen over de samenwerking van al die gebiedjes. We kunnen de losse radertjes als het ware later weer in elkaar zetten om te laten zien hoe de machinerie van ons denken werkt.

Het probleem is echter er geen bewijs is dat zulke specialisaties bestaan. Immers dat een bepaald gedeelte actiever is tijdens een bepaalde taak zegt niet zoveel over wat het gebied precies doet en in hoeverre het steun ondervindt van andere hersenonderdelen, noch hoe het zou reageren op andere stimuli. Het is vrijwel onmogelijk om op basis van al deze losse experimenten ook maar te begrijpen hoe de hersendelen die oplichten werken.

En dan is er nog de vraag of die fMRI metingen zelf wel deugen. Omdat er zoveel statistiek nodig is om tot de beelden te komen is er een risico op ‘valse positieven’: experimenten waarin de hersendelen oplichten zonder er iets aan de hand is. Dat dit kan optreden is op spectaculaire wijze aangetoond door onderzoekers die een hersengebied vonden voor het herkennen van emoties in een dode zalm. Ze schreven het artikel over de dode zalm vervolgens precies op zoals onderzoekers die fMRI bij levende mensen toepassen doen, waardoor ze op een pijnlijke manier duidelijk maakten dat deze wetenschap niet zo sterk is als dat de auteurs zelf geloven.

Ook de interpretatie dat fMRI ten minste heeft laten zien dat lokalisatie de regel en niet de uitzondering is in het functioneren van het brein lijkt niet te kloppen. Veel experimenten laten ook zien dat veel taken in het brein gedistribueerd zijn over het hele brein. Zoals de beroemde spiegelneuronen. Eerst dachten we dat die op een bepaalde plek zaten, maar later bleek dat ze verdeeld zijn over het hele brein. Er zijn er ook veel meer dan we dachten: 11% van de neuronen uit de neocortex blijken spiegelneuronen te zijn. Eigenlijk is de uitkomst van al dit onderzoek dat lokalisatie nooit het hele verhaal vertelt en dat we nog altijd weinig weten van hoe het brein haar netwerken organiseert.

Lokalisatie van functies in netwerken van cellen is nog altijd een plausibele hypothese, maar die netwerken zijn zeker niet altijd ook geconcentreerd in de ruimte. De fMRI heeft dezelfde problemen als de Jennifer-Aniston-cel-experimenten – en die zijn nog lang niet opgelost.

Bewustzijn
Als we toch aan het meten zijn: wat zou het mooi zijn als we op een fMRI-plaatje precies konden zien waar het bewustzijn zit zodat we eindelijk kunnen vaststellen dàt, en hoe, het bewustzijn een product is van hersenactiviteit.

Dat kun je niet makkelijk met experimenten aantonen. Je moet immers onbewuste hersenactiviteit met bewuste hersenactiviteit vergelijken. Maar iemand een cognitieve taak geven, zoals in fMRI gebruikelijk is, werkt hier niet voor omdat dit allemaal ‘bewuste’ taken zijn.

Toch is er wel onderzoek uitgevoerd naar de ‘neurologische correlaten van het bewustzijn’. Men is begonnen met het meten van hersenactiviteit bij het ontwaken. Dat ligt voor de hand omdat we bij het slapen niet bewust zijn, en bij het wakker worden wel. Dat onderzoek liep echter dood omdat het signaal te vaag was.

Ander onderzoek richtte zich op de rol van hersenhelften. Dit was mogelijk bij dieren en mensen van wie de hersenhelften operatief gescheiden waren. Dit onderzoek gaf in ieder geval sterk bewijs dat het brein een rol speelt in het bewustzijn. Bij mensen met losgesneden hersenhelften kunnen de beide helften apart van elkaar bestudeerd worden, omdat de visuele input verdeeld is. Het rechteroog is gekoppeld aan de linker hersenhelft en andersom.

De experimenten laten zien dat de twee hersenhelften allebei tekenen van bewustzijn tonen, hoewel dit makkelijker te onderzoeken is voor de linker hersenhelft waar onze taalproductie zit. Beide helften lijken zich echter op geen enkele manier van de ander bewust. De suggestie van deze experimenten is dat als je het brein splitst je ook twee verschillende bewustzijnen krijgt. Dit wijst er in ieder geval op dat breinactiviteit en bewustzijn sterk samenhangen.

Nieuw onderzoek richt zich op het stimuleren van bepaalde delen van het brein. Zo zijn er delen van het brein die gevoelens van angst oproepen bij de proefpersonen als ze gestimuleerd worden. Of er een deel van de hersenen bestaat dat angstbewustzijn controleert is maar zeer de vraag. Dezelfde cellen zijn bij andere processen ook betrokken.

Er is dus nog weinig experimenteel bewijs voor de relatie tussen het brein en het bewustzijn. Genoeg om de stelling te ondersteunen dat het bewustzijn veroorzaakt wordt door het brein, maar niet genoeg om licht te werpen op hoe dat dan in zijn werk gaat. Er zijn in de laatste jaren theorieën ontwikkeld over deze relatie, maar overtuigend bewijs, of zelfs een scherp idee van hoe dat bewijs er uit moet zien is er gewoon nog niet.

Tot slot
De moderne wetenschap heeft met haar technologisch vernuft, en focus op wat meetbaar is enorm veel kennis opgeleverd over de biologie van het brein. Maar het is wel de vraag of we nu ook beter grip hebben op de werking van het brein. We zien het als een orgaan dat informatie opslaat door netwerken van cellen aan te passen. Maar hoe dat in zijn werk gaat; hoe die netwerken zelf georganiseerd zijn; wat de rol is van al die chemische stoffen die bij het proces betrokken zijn; en hoe belangrijk lokalisatie is. Eigenlijk weten we daar nog heel weinig van af.

We hebben er duizenden puzzelstukjes bij gekregen, maar niet zoveel overkoepelende nieuwe ideeën over hoe het brein zou kunnen werken. In die zin kun je je afvragen of we zoveel verder zijn dan een halve eeuw geleden. Er is door het empirische geweld en de explosie van onderzoek in de neurologische breinwetenschap veel hard bewijs, maar weinig ideeën over wat we eigenlijk proberen te bewijzen.

Een kernprobleem lijkt te zijn dat het bewijs op macroniveau: “hoe reageert het totale netwerk op een impuls?”, slecht te koppelen is aan het mesoniveau: “welke activiteit zien daarbij we in de hersenen?”, en het microniveau: “hoe reageert één cel?”. Het is natuurlijk niet uit te sluiten dat die schakels snel gevonden zullen worden, maar de bottleneck lijkt eerder in ons denken over het brein te zitten dan in de metingen, waar in de moderne tijd zo sterk de nadruk op is komen te liggen.

Meer lezen?
Dit blogje is in zijn geheel gebaseerd op ‘The Idea of the Brain’ van Matthew Cobb. Het maakt het derde deel uit van een vijfdelige serie, die begon met de post ‘brein quintologie’, verder ging met ‘op zoek naar het brein’ en ‘informatieverwerker’ en nog verder gaat met ‘het onbegrijpelijke brein‘.

Ik schreef al eens over de ontwikkeling van ‘little science naar big science‘, iets dat zich spiegelt in de breinwetenschap, besprak het bewustzijn in wil, en bewust en het geheugen in geheugenmachine.

Deze blogjes zijn natuurlijk nog het meest bedoeld om jullie lekker te maken om ‘The Idea of the Brain‘ zelf te lezen.

6 reactiesEen reactie plaatsen

Informatieverwerker

Hebben we het brein altijd al gezien als een ‘soort computer’? Niet bepaald.

Tijdens de industriële revolutie probeerden we het brein vooral te begrijpen als een machine, met begrippen als krachten, elektriciteit en scheiding van functies. Pas in het begin van de 20e eeuw werd ‘informatie’ het dominante begrip.

Met de introductie van de meet- en regeltechniek, en later de computer, ontstond een generatie machines die misschien beter geschikt was om als model voor het brein te dienen dan de stoommachine en haar opvolgers. Dit blogje gaat in op de omslag in ons denken over het brein die door deze ontwikkeling is veroorzaakt.

Inhibitie (19e eeuw)
Misschien was het een wetenschappelijke ontdekking uit de late negentiende eeuw die ons voor het eerst op het informatiespoor zette: inhibitie. Inhibitie is het effect dat sommige zenuwen lichaamsfuncties remmen in plaats van stimuleren

In 1845 lieten Ernst en Eduard Weber zien dat elektrische stimulatie van bepaalde zenuwen de hartsnelheid kon verlagen in plaats van verhogen. Natuurlijk, dit idee van het lichaam als regelsysteem paste wel in de mechanische (pneumatische) metaforen die in die tijd voor het zenuwstelsel opgang maakten. Alleen was het niet makkelijk te onderzoeken en het was onduidelijk hoe het voor het brein werkte.

De vragen die inhibitie opriepen werden nog versterkt door de ideeën van Hermann von Helmholtz die liet zien dat perceptie geen passief proces was. Het oude idee was dat de wereld een indruk op ons brein achterlaat, maar Helmholtz had redenen om een actief proces te veronderstellen. Het argument was dat het brein een 3D wereldbeeld construeert uit twee 2D beelden die door beide ogen worden waargenomen. Dit gebeurt onbewust, maar het betekent wel dat de beelden waar we ons bewust van worden moeten worden gezien als een soort conclusie die aan het bewustzijn gevoerd wordt, eerder dan een directe afdruk van de buitenwereld.

Helmholtz’ idee werd ondersteund door de filosofie van Emanuel Kant die stelde dat perceptie ontstaat doordat het brein haar kenvermogen op de werkelijkheid projecteert. Beide ontdekkingen gaven aanleiding om het brein als een proactief orgaan te zien, eerder dan een passieve waarnemer van de werkelijkheid. De vraag bleef alleen: hoe dan?

Neuronen (19e en 20e eeuw)
Vandaag de dag zouden we ongetwijfeld neuronen bij ons antwoord betrekken. Neuronen zijn de cellen waaruit ons zenuwstelsel is opgebouwd, maar het duurde lang voordat zelfs maar kon worden vastgesteld dat het cellen waren.

Neuronen zijn met elkaar verbonden via fijne vertakkingen die moeilijk waarneembaar zijn. Daardoor kon men niet vaststellen of het zenuwstelsel uit losse cellen bestond of een weefsel vormde dat tussen andere cellen lag. Dit veranderde toen Camillo Golgi bij toeval een techniek ontdekte waarmee zenuwcellen bij het afdrukken een andere kleur kregen dan omliggende cellen. Nu konden zenuwcellen zichtbaar gemaakt worden.

De techniek werd verbeterd door een andere wetenschapper: Ramón y Cajal. Maar beide wetenschappers verschilden van mening over wat de prints met zenuwcellen eigenlijk lieten zien: een weefsel of losse cellen. Toen Golgi en Cajal samen de Nobelprijs kregen, waren ze het nog altijd oneens. Uiteindelijk werd aangetoond dat zenuwcellen inderdaad als cellen gezien moeten worden en niet als een weefsel.

Dit inzicht bracht de wetenschap een stap verder. Met een bouwsteen in handen: de cel, het neuron, kon het zenuwstelsel veel beter onderzocht worden. Langzaam werd duidelijk dat zenuwcellen verschillen in vorm. Op verschillende locaties zijn er verschillende cellen – hetgeen op specialisatie duidt. Verder hebben de cellen vertakkingen als ingangen (dendrieten) en uitgangen (axonen). De overgang tussen twee zenuwcellen (de synaps) speelt een belangrijke rol in het functioneren ervan.

Ook werd duidelijk dat stroom maar in één richting door de hersencel kan. En dat de cellen er in slagen spieren te activeren via een chemisch proces bij de overgang tussen twee cellen. Deze laatste bevinding was de uitkomst van een lang wetenschappelijk dispuut waarin voorstanders van een chemische theorie (soups) lijnrecht tegenover die van een elektrische theorie (sparks) stonden.

Hoe meer we door deze lijn van onderzoek ontdekten, hoe meer het misschien begon te dagen dat we nog weinig wisten. De telefooncentrale was lang een metafoor geweest om het brein mee te begrijpen, maar het was duidelijk dat als de neuronen al als schakelaars gezien moesten worden, ze heel anders werkten dan de schakelingen in deze centrales.

Machines (20e eeuw)
Het gebruik van ideeën uit de techniek om het lichaam te begrijpen is vermoedelijk zo oud als het denken zelf. In de geschiedenis van het denken over het brein zijn we dit idee al verschillende malen tegengekomen. Maar in de 20e eeuw draaiden onderzoekers de richting om. Ze gingen pogingen doen om het brein in technische zin na te maken: ze ontwikkelden robots.

De meet- en regeltechniek kwam op – en machines die bijvoorbeeld een koers vast konden houden, werden daardoor mogelijk. Thomas Ross bouwde een robot die via trial en error zijn weg door een doolhof kon vinden en dit daarna kon herhalen; de meest eenvoudige manier om een leerproces weer te geven. Maar in veel opzichten was Ross’ machine niet meer dan een gimmick. Een wijziging in het doolhof maakte al dat de robot zijn weg niet meer kon vinden.

Het onderzoek naar inhibitie had al aangetoond dat neuronen ook deel uitmaken van een meet- en regelsysteem. We wisten alleen nog niet hoe. Onderzoek naar de elektrische werking van neuronen gaf antwoorden – en nieuwe vragen.

Elektriciteit gaat heel anders door een neuron dan door een metaaldraad en ook veel langzamer. De eerste biochemische modellen werden voorgesteld om dit te kunnen verklaren. Ook werd ontdekt dat zenuwen alles-of-niets-gedrag vertonen. Ze zijn in essentie digitaal. Ze kunnen pulsen sneller of langzamer afgeven, maar elke puls is even sterk.

In de eerste Eerste Wereldoorlog werden radioversterkers ontwikkelt. Edgar Adrian en Yngve Zotterman gebruikten dit om aan te tonen dat: (1) neuronen digitaal van karakter zijn, (2) ze stoppen met vuren als ze te veel gestimuleerd worden en (3) de intensiteit uitgedrukt wordt in pulsfrequentie en niet in puls-sterkte. Later paste Adrian deze versterkingstechniek ook op het brein als geheel toe en ontdekte dat het brein in rust in een bepaalde frequentie actief is (we noemen dat nu alfagolven).

Deze ontdekkingen lieten misschien eerder de ‘vreemdheid’ van het zenuwstelsel zien dan dat ze antwoorden gaven over de werking ervan. Maar ze introduceerden, samen met de robotexperimenten, wel nieuwe begrippen in het denken over het brein. Begrippen die later heel centraal zouden worden: informatie, code en boodschap.

Controle (20e eeuw).
En toen werd de computer uitgevonden: eerst op papier door Alan Turing en John von Neumann, in de jaren 40. Al snel, in de jaren 50, werden ze ook echt gebouwd. Turing bewees dat de ‘Turingmachine’, een vrij eenvoudig denkbeeldig apparaat, werkelijk elke denkbare berekening kon uitvoeren. Zou het brein niet op dezelfde manier kunnen werken?

In de vroege ontwikkeling van de computer was er veel enthousiasme over deze ideeën. Het vakgebied van de cybernetica kwam eruit voort. Hier stond de symbolische verwerking van signalen en communicatie centraal. Maar de droom dat het op korte termijn mogelijk zou zijn een computer te maken die het menselijk brein zou simuleren spatte al snel uiteen.

De eerste intelligente robots waren ook niet erg intelligent, maar wat erger was, de binaire werking van de computer leek niet op de werking van neuronen. Die zijn in principe ook binair, maar ze verwerken signalen op een analoge manier. Signaalsterkte wordt uitgedrukt in vuurfrequentie. De logische schakelingen in de computer met EN-poorten en OF-poorten kunnen helemaal niet met een dergelijk signaal omgaan.

Het idee dat het brein een machine is die symbolen verwerkt is blijven hangen, maar we moesten wachten op een theorie van hoe de biologie die verwerking aanpakt.

Tot slot
Het zenuwstelsel is te zien als een regelsysteem en als een informatieverwerker. In veel opzichten denken we er nog altijd zo over. En toch hebben de meet- en regeltechniek en computerwetenschappen de belofte dat ze ons zouden helpen om het brein te begrijpen maar zeer gedeeltelijk ingelost.

Op sommige niveaus lijkt ons zenuwstelsel op een regelsysteem, maar de soorten signalen die het gebruikt zijn heel anders dan die we uit de techniek kennen. Steeds moesten we concluderen dat het brein toch echt anders werkt dan de techniek die we als model gebruikten.

En dan is er nog de vraag hoe het allemaal schaalt. Hoe ontstaan uit al deze signaalverwerking intelligentie en bewustzijn? Het is nog altijd een vraagstuk waar we slecht raad mee weten. Daarom zijn we, zoals ik in mijn volgende blogje laat zien, computers maar gaan inzetten om het brein beter door te meten en te modelleren, in plaats van zelf als een model voor het brein te dienen.

Meer lezen?
Dit blogje is in zijn geheel gebaseerd op ‘The Idea of the Brain’ van Matthew Cobb. Het maakt het derde deel uit van een quintologie, die begon met de post ‘brein quintologie’, verder ging met ‘op zoek naar het brein’ en nog verder gaat met ‘gedachtenmeting‘ en ‘het onbegrijpelijke brein‘.

Ik schreef al eerder over de wisselwerking tussen informatiewetenschappen en technologie en in ‘reading James Gleick’s the information’ en over de ideeën van Emanuel Kant in ‘kenvermogen‘

Deze blogjes zijn natuurlijk vooral bedoeld om jullie lekker te maken om The Idea of the Brain zelf te lezen.

7 reactiesEen reactie plaatsen

Op zoek naar het brein

Hoe zijn we erachter gekomen dat al onze zielenroerselen – ons denken over de meest alledaagse dingen tot de diepste vragen over onszelf en het bestaan, voortgebracht worden door een paar kilo weefsel ergens in ons hoofd?

Tot de negentiende eeuw was de vraag waar het denken plaatsvindt al even urgent als de vraag hoe het denken werkt. Omdat we nog weinig wisten van de natuurkunde en de biologie, en omdat we geen apparatuur hadden om eens goed te kijken wat er gebeurde in het lichaam. De breinwetenschap moest het tot de negentiende eeuw nog doen met veel gis- en conceptueel denkwerk. Iets waar we in de huidige, sterk experimentele wetenschap misschien juist wat meer behoefte aan hebben.

In ‘The Idea of the Brain’ laat Matthew Cobb zien dat het denken over het brein altijd sterk is beïnvloed door heersende theorieën buiten de breinwetenschap. Dat dit ideeën heeft opgeleverd waar we nog steeds op bouwen, mag haast niet verbazen.

Hart (tot 17e eeuw)
De eerste vraag die beantwoord moet worden is natuurlijk waar het brein zich bevindt, of preciezer: waar gedachten en gevoelens eigenlijk vandaan komen. Lang was het meest gegeven antwoord daarop het hart. Dat is ook niet zo vreemd als je bedenkt dat je hartslag verandert als je emotioneel wordt. Het hart is ook een actief orgaan, net zoals de gedachten actief zijn. Zonder biologielessen op de lagere school had je er waarschijnlijk net zo over gedacht.

Het is dan ook niet verrassend dat dit idee van het hart als denkorgaan lang dominant is geweest in de wetenschap. Aristoteles dacht al dat het denken in het hart zat – en tot in de middeleeuwen dacht bijna iedereen dat Aristoteles overal gelijk over had.

Het idee dat het centrum van het denken in ons hoofd zit en ideeën over de functie van de zenuwen ontstonden door experimenten op mensen en dieren. Leerlingen van Aristoteles viel het bijvoorbeeld al op dat mensenhersenen een complexere vorm hadden dan hersenen van dieren, terwijl mensen ook intelligenter leken dan dieren.

Na de Romeinse tijd lag het centrum van de wetenschap in de Arabische wereld, waar ideeën over het hart en het brein als oorsprong van ons mentale leven gebroederlijk naast elkaar bestonden. Het brein bestond misschien uit kamers met verschillende functies zoals waarnemen en inbeelden, redeneren en onthouden. Al die functies konden een eigen plek hebben in het brein. Misschien werden ze bewoond door geesten die weer hun oorsprong in het hart hadden. Al in de Romeinse tijd werd deze kamerhypothese weerlegd door anatomisch onderzoek. Er was in de anatomie van het brein niets te zien wat die functies kon verklaren.

Krachten (17e tot 18e eeuw)
In de wetenschappelijke revolutie mechaniseerde ons wereldbeeld. Wetenschap en techniek gingen hand in hand om oplossingen te vinden waarmee arbeid geautomatiseerd kon worden. Deze mechanische techniek werd vervolgens gebruikt als metafoor om mensen en dieren te begrijpen. Beroemd zijn plaatjes uit die tijd waar dieren voor het eerst als robots worden afgebeeld.

Zo verging het ook het brein. René Descartes dacht dat de geest iets fundamenteel anders was dan het lichaam en dat de geest het lichaam wist te besturen via de pijnappelklier. Het kernprobleem was hoe het brein er in kon slagen om invloed uit te oefenen op het lichaam. Dat de zenuwen een rol speelden werd algemeen aangenomen, maar hoe dat precies werkte bleef een groot raadsel. Oudere ideeën suggereerden dat die invloed het gevolg was van een bepaalde zenuwlucht (pneuma) of dat deze hydraulisch via een vloeistof werd overgebracht.

Gelukkig was de microscoop net uitgevonden. Die toonde aan dat er in de zenuwen geen ruimte was voor vloeistoffen of gassen. De filosoof John Locke stelde daarom voor dat het brein moest bestaan uit ‘denkende materie’. Dit werd als godlasterend gezien omdat de ziel dan niet onsterfelijk kon zijn. Daarnaast betekende het dat dieren, maar ook levenloze objecten, zouden kunnen denken – een idee dat iedereen absurd vond.

Elektriciteit (18e en 19e eeuw)
De opvolger van het krachtenidee was het idee van elektriciteit dat in de 18e eeuw populair werd. Hoewel dat nu een ‘correct’ idee lijkt, laat de geschiedenis vooral zien hoe weinig vooruitgang ermee geboekt werd.

Dat komt niet in de laatste plaats omdat elektriciteit zelf nog nauwelijks begrepen werd. Eerst was het nog vooral iets van circussen, waar elektriciteit als rariteit getoond werd. Later kreeg men iets meer controle met de uitvinding van de condensator en de batterij. Hoewel er bewijs was dat elektriciteit beweging kon stimuleren in kikkerbenen en in andere dieren, en dat men bepaalde sensaties elektrisch konden worden opgewekt, was geenszins duidelijk hoe dit precies samenhing met de werking van de hersenen.

Één probleem was dat zenuwsignalen veel langzamer waren dan elektriciteit in geleidende draden. Hermann von Helmholtz toonde aan dat zenuwsignalen ongeveer 30 m per seconde gingen. Dat is vrij traag. De waarneming zou dan altijd achterlopen. En ook voor het denken lijkt snelheid belangrijk. Een ander probleem was dat het niet logisch leek dat verschillende sensaties zoals zicht en gehoor dezelfde oorzaak zouden hebben. Ondanks dit gebrek aan bewijs was het idee van het elektrische brein populair. Het bekendste voorbeeld is Mary Shelley’s roman Frankenstein.

Functie (19e eeuw)
In de achttiende en negentiende eeuw ontstond ook het idee van functie en functielokalisatie. Dit past in het idee van het brein als een machine.

Het idee is dat bepaalde delen van het brein bepaalde functies vervullen. De schedelmetrie was op dit idee gebaseerd. Aan de hand van bulten in de schedel zou je iets kunnen vaststellen over iemands karakter. Schedelmetrie was altijd al controversieel en raakte uit de mode door gebrek aan bewijs.

Toch is lokalisatie geen vreemd idee. Er was bewijs doordat mensen met gedeeltelijk hersenletsel ook delen van hun vermogens kwijtraakten. Bij dieren kon je dit ook experimenteel aantonen. Door specifieke hersenbeschadigingen aan te brengen, kon worden aangetoond dat hun gedrag samenhing met de schade. En het toedienen van elektrische stoom in bepaalde delen van het brein had een vergelijkbaar effect.

Dergelijke experimenten konden natuurlijk niet bij mensen gedaan worden, hoewel sommige artsen hun kans grepen als ze konden. Berucht is het experiment op Mary Rafferty, door Roberts Bartholow. Mary’s brein lag bloot vanwege een scheur in haar schedel. Bartholow zette deze, naar eigen zeggen met goedkeuring van de patiënt, op verschillende plekken onder stroom hetgeen tot verschillende onwillekeurige reacties van de patiënt leidde.

Het experiment werd met interesse én afschuw bekeken. Het gaf steun aan het idee dat het brein gespecialiseerde gebieden kent, maar het werd ook als hoogst onethisch gezien. Naast ethische vragen was er iets anders waardoor het spoor doodliep. De experimenten met zwakstroom of via hersenbeschadiging waren zó grofmazig dat er te weinig echt nieuwe ontdekkingen mee gedaan konden worden.

Evolutie (19e eeuw)
De evolutietheorie wierp een nieuw licht op alle biologie, en dus ook op het brein. Op dit moment is het lastig een theorie te bedenken over het lichaam als het niet te verklaren is hoe een en ander geëvolueerd is, maar in de tijd van Charles Darwin moest de evolutietheorie bewijzen dat het oplossingen bood voor problemen van andere theorieën.

Om eerlijk te zijn lukte dat voor het brein aanvankelijk maar matig. Darwin was heel terughoudend met zijn ideeën over de evolutie van het brein en kwam pas geruime tijd na de ‘Origin of Species’ met het boek ‘The Descent of Man’ waarin hij zijn theorie over de evolutie van intelligentie ontvouwde.

In dit boek richt Darwin zich op de evolutie van gedrag. Hij somt gelijkenissen tussen mensen en dieren op. Insecten hebben sociale vermogens. Er zijn gelijkenissen tussen het gedrag van mensen en andere dieren. Huisdieren en primaten lijken emoties te hebben. Het past mooi in het gradualistische karakter van Darwins denken. Mensen hebben een combinatie van eigenschappen die we overal in de natuur terugvinden en die ontstaan zijn in een lange evolutionaire geschiedenis – bepaalde aspecten van de menselijke intelligentie zijn misschien verder ontwikkeld dan bij andere dieren, maar ze zijn niet essentieel verschillend.

Het was, en het is eerlijk gezegd nog steeds, zó moeilijk voor mensen om hun uitzonderingspositie in de natuur op te geven dat Darwins ideeën tot op de millimeter bevochten werden. Nog steeds heeft een wetenschapper als Frans de Waal moeite om de wetenschappelijke gemeenschap te overtuigen van het feit dat dieren empathie kunnen tonen. En het idee dat andere dieren dan mensen bewustzijn kunnen hebben wordt nog altijd bevochten.

Een belangrijk conceptueel probleem voor de evolutietheorie is dat het geen licht werpt op de relatie tussen het brein en ons bewustzijn. Hoe produceert het brein gedachten? De evolutietheorie heeft geen antwoorden. Snel na Darwins dood werd het idee van George Romanes populair dat alle materie bewustzijn heeft. Er zou een alles doordringende telepathische substantie bestaan, die los stond van de materie, maar die er wel mee kon interacteren. In de maalstroom van speculaties over het brein verdween het idee van evolutie naar de achtergrond, omdat het nog onvoldoende overtuigingskracht had.

Tot slot
Veel ingrediënten van het moderne denken over het brein hebben wortels in de vroege wetenschap: elektriciteit, lokalisatie van functie en evolutie. Maar deze jaren laten ook zien hoe een gebrek aan sterke ideeën over natuurkunde, biologie en informatiekunde de breinwetenschap bemoeilijkten.

Er was te weinig experimenteel bewijs om wetenschappers te dwingen antwoord te geven op specifieke vragen over het brein. Wetenschappers konden alleen speculeren over hoe het brein werkt. Het was daarom wachten op de twintigste eeuw waarin in de vorm van informatietechnologie, nieuwe modellen voor het begrijpen van het brein ontstonden én waar nieuwe manieren om het gedrag van het brein te leren kennen opgang deden.

Meer lezen?
Dit blogje is in zijn geheel gebaseerd op ‘The Idea of the Brain’ van Matthew Cobb. Het maakt het tweede deel uit van een serie die begin met de post ‘brein quintologie’ en verder gaat met ‘informatiewerker’, ‘gedachtenmeting‘ en ‘het onbegrijpelijke brein‘.

Over de evolutietheorie schreef ik als eens eerder in ‘evolutiesnelheid‘ over het idee dat materie bewustzijn kan hebben schrijf ik in panpsychisme.

Deze blogjes zijn natuurlijk vooral bedoeld om jullie lekker te maken om The Idea of the Brain zelf te lezen.

5 reactiesEen reactie plaatsen

Brein quintologie

Hoe denken wij mensen eigenlijk over onze eigen intelligentie? Matthew Cobb probeert in ‘The Idea of the Brain’ uiteen te zetten hoe het denken over het brein zich door de tijd heen heeft ontwikkeld. Dat is snoepen natuurlijk. Wetenschapsgeschiedenis is altijd al boeiend omdat het ons iets leert over hoe we, met vallen en opstaan, aan kennis komen. Maar als het onderwerp van die geschiedenis dan ook nog het orgaan is waar we die kennis mee opdoen, dan kan een beetje kentheoreticus zijn geluk niet op. Maar Cobb maakt het ons tegelijkertijd helemaal niet makkelijk. 

Cobb laat zeker zien hoeveel we meer te weten gekomen zijn over het brein in de loop van de tijd, maar ook hoeveel vragen nog open liggen – en hoe het maar de vraag is of we met de huidige wetenschappelijke aanpak antwoorden kunnen krijgen op die vragen. ‘The Idea of the Brain’ is het verslag van een onvoltooide reis. Als die reis je interesseert, dan moet je het boek zeker bestellen en lezen, maar als je meer geïnteresseerd bent in de bestemming dan is het misschien verstandig om tenminste nog een paar decennia te wachten.

Afijn. Zelf vind ik dat het de reis is die telt en daarom neem ik ook wat meer ruimte dan gebruikelijk om Cobb’s ideeën te bespreken. Ik deel dit blogje op in vijf delen. Na deze overzichtspost ga ik in het tweede blogje in op de oude geschiedenis van het denken over het brein. In de oude geschiedenis moesten we leren dat onze intelligentie geproduceerd wordt door een orgaan. We moesten leren dat het zenuwstelsel en de hersenen dat orgaan vormen. En we kwamen er achter dat het brein geen radartjes met specifieke functies heeft.  

In het derde blogje over dit onderwerp ga ik in op het brein als ‘informatieverwerkende machine’. In de vroege 20e eeuw begonnen we het brein te begrijpen als een orgaan dat signalen verwerkt, en omdat we in dezelfde tijd machines gingen bouwen die dat ook deden, zoals de telegraaf -en later de computer, dachten we dat we een aardig eind waren met het begrijpen ervan. We moesten er nog achter komen dat het brein in een aantal opzichten fundamenteel anders in elkaar zit dan die machines.

In het vierde blogje ga ik in op hoe moderne wetenschappers het brein proberen te begrijpen door detailstudie van de processen die daar plaatsvinden. Ze bestuderen hersenactiviteit in zoveel detail als mogelijk; ze proberen het brein te besturen met implantaten; en ze proberen hersenprocessen na te bootsen in computers. Al die pogingen zijn op zichzelf erg indrukwekkend, maar Cobb roept wel de vraag op of we met al dat computergestuurd wetenschapsgeweld wel dichter bij het begrijpen van het brein gekomen zijn.

Tot slot ga ik in het vijfde blogje in op de overkoepelende lessen die we uit het werk van Cobb kunnen trekken: over het brein en over de hersenwetenschap. Over wat we weten, wat we nog moeten ontdekken en over de vraag of al dat gepuzzel wel zin heeft. Tot dan!

Meer lezen?

Dit is het eerste blogje van een serie over ‘The Idea of the Brain’ van Mathew Cobb. In het volgende blogje: op zoek naar het brein ga ik in op de oude breinwetenschappen; in informatieverwerker op de toepassing van het idee van informatie en communicatie op het brein; in gedachtenmeting op de moderne breinwetenschap; en in het ‘onbegrijpelijke brein‘ op de lessen die uit deze wetenschapsgeschiedenis getrokken kunnen worden.

Ik schreef al eens over het bewustzijn in ‘wil‘ en over de werking van het geheugen in ‘geheugenmachine‘

Ik schreef ook al eerder over wetenschapsgeschiedenis. Bijvoorbeeld in de wetenschapsgeschiedenis van Rens Bod en over de wisselwerking tussen informatiewetenschappen en technologie en in ‘reading James Gleick’s the information’.

Deze blogjes zijn natuurlijk vooral bedoeld om jullie lekker te maken om The Idea of the Brain zelf te lezen.

7 reactiesEen reactie plaatsen

Wil

Het zou natuurlijk zo kunnen zijn dat ik dit blogje niet schrijf omdat me dat leuk leek en ik ertoe besloten heb, maar dat dat besluit op de een of andere manier voor me genomen is – en dat mijn bewustzijn mij om een nog onbekende reden wijsmaakt dat ik dat besluit genomen heb. Of kortweg, dat het idee dat mensen bewuste besluiten nemen een illusie is. 

Dit lijkt een vreselijk omslachtige theorie, maar ze heeft fervente aanhangers, vooral onder neurowetenschappers. Wat bezielt hen toch? Waarom staat het idee dat we bewuste besluiten kunnen nemen hen zo tegen? 

Het is vast een heel ingewikkelde kwestie, maar twee boosdoeners zijn overduidelijk. De eerste is René Descartes, de Franse filosoof die dacht dat ons denken het bewijs van ons bestaan is. De tweede is  Benjamin Libet die in de jaren 80 een experiment uitvoerde waar we nog steeds van in de war zijn.

Het verhaal van Descartes zal bekend zijn. Hij probeerde aan alles te twijfelen en kwam toen tot de conclusie dat men het lichaam wel, maar de geest niet kan betwijfelen. Dit leidde tot het dualisme. Voor Descartes waren lichaam en geest fundamenteel verschillende dingen met een andere ‘substantie’. Het lichaam was beperkt, stoffelijk en tijdelijk en de geest was vrij, onstoffelijk en eeuwig. Hoe lichaam en geest elkaar beïnvloedden, wist Descartes niet, maar het idee dat de geest voortkomt uit het lichaam ging er bij hem zeker niet in. De geest was leidend, het lichaam hooguit een tijdelijk vehikel of een zielloze machine. Het dualisme is alweer uit, maar de vraag hoe de subjectieve beleving van het denken, het bewustzijn, samenhangt met de biologische basis ervan, het brein, is nog springlevend. 

In de jaren 80 voerde Benjamin Libet daarom een ingenieus psychologisch experiment uit dat die discussie behoorlijk op scherp zette. Libet vroeg proefpersonen om hun vingers vrijwillig te bewegen en om te rapporteren wanneer ze de aandrang voelden om die beweging uit te voeren, terwijl Libet hun hersenactiviteit mat. Het bleek dat de bijbehorende hersenactiviteit voor die beweging al ruim 200 milliseconden voordat mensen een aandrang voelden om hun vingers te bewegen in de hersenen te zien was. Mensen zetten de beweging al in voordat ze zich er bewust van zijn dat ze dat willen.

Dat is tegenintuïtief. Ons boerenverstand zegt: je moet eerst een besluit nemen voordat je er naar kan handelen. Dus moet je je eerst bewust worden dat je je hand wilt bewegen en dan pas de beweging inzetten, niet andersom. Maar die omgekeerde volgorde is wel hetgeen Libets data lieten zien.

Zou het zo kunnen zijn dat het bewustzijn niet aan de knoppen van ons handelen zit, maar dat het zo’n beetje met de rest van de hersenen mee hobbelt – en dat het hooguit achteraf gevoel van controle voor ons fabriceert? Het bewustzijn is dan niet een stuur waarmee we richting kunnen geven aan het leven, maar een praatdoos die datgene wat we toch al doen voor ons goedpraat.

Het is deze naïeve interpretatie van het Libetexperiment die zo populair is onder neurowetenschappers. Dat heeft iets te maken met hun opvattingen over onderzoek. Neurowetenschappers proberen het brein te begrijpen vanuit de harde data die erover verzameld kan worden in EEG’s en fMRI-scans. Ze zijn wars van theoretische speculaties over het bewustzijn. Filosofen, die net als Descartes destijds, met gedachtenexperimenten vast proberen te stellen wat het bewustzijn is nemen ze niet serieus. We hoeven immers alleen naar Descartes te kijken om te zien wat voor absurde theorieën daaruit voortkomen.

Daarom kunnen we volgens hen het bewustzijn beter experimenteel bestuderen. Met moderne apparatuur kan je immers de werkelijkheid zelf laten spreken. Voor neurowetenschappers is psychologie in essentie een natuurwetenschap en ze vinden dat deze ook zo bedreven moeten worden. Dat is zo mooi aan het Libet experiment: het laat met harde data zien dat het bewustzijn niet bestaat.

Het probleem is alleen dat het Libet experiment dat helemaal niet laat zien. Het ironische van de naïeve interpretatie van het Libet-experiment is dat deze in essentie Cartesiaans is. De gedachte is dat er twee verschillende dingen zijn: (1) het bewustzijn en (2) het brein, dat je van elk van die dingen onafhankelijk kan meten wanneer ze actief worden en dat je oorzaak en gevolg kan vastellen door te kijken wie het eerst in beweging komt. Diegene die het laatste komt kan niet de veroorzaker kan zijn van wat de ander doet. 

Dat lijkt een sluitende redenering, maar er klopt iets niet. Want wat hadden we eigenlijk verwacht te zien? Dat mensen zich eerst bewust worden van een besluit en dat er daarna pas hersenactiviteit ontstaat? Waar komt dat bewuste besluit dan vandaan, als het niet uit de hersenen komt? Is het idee echt dat er geen hersenactiviteit nodig is voordat we een besluit nemen en dat onze grijze cellen daarna gaan rennen en vliegen omdat het besluit nu eenmaal moet worden uitgevoerd? 

Het ligt toch veel meer voor de hand dat we in het Libet-experiment verschillende aspecten meten van één proces waarin we een bewust besluit nemen en tot actie over gaan. We kijken niet naar twee dingen maar naar één ding: het nemen van een besluit tot actie. Een bewust besluit gaat natuurlijk gepaard met hersenactiviteit en die heeft tijd nodig om gang te komen. Als je dat op verschillende manieren meet is het niet vreemd dat het ene meetinstrument eerder opmerkt dat er iets gaande is dan het andere instrument. De EEG van Libet was gevoeliger voor de hersenactiviteit die bij het besluit hoorde dan de subjectieve beleving van de proefpersonen. Daarom sloeg ze eerder uit. 

Dat is een weinig opzienbarende uitkomst. Ik ben niet verbaasd dat het nemen van een besluit tijd kost. Ik ben niet verbaasd dat daar allerlei hersenprocessen bij betrokken zijn. Ik ben niet verbaasd dat sommige van die processen bewust zijn en andere niet. We moeten het brein, het bewustzijn en zeker de vrije wil niet los van elkaar zien.

Het is niet dat het bewustzijn besluiten neemt die het brein vervolgens uitvoert, het brein neemt besluiten en wij zijn ons daarvan bewust. Of misschien nog iets proactiever: het bewustzijn neemt deel aan onze besluitvorming. De rol van het bewustzijn is misschien bescheidener dan Descartes voor ogen had en wat we denken te denken heeft misschien minder invloed op ons handelen dan we denken. Maar het Libet-experiment laat op geen enkele manier zien dat het bewustzijn een illusie is of dat de vrije wil niet bestaat. 

Wat het experiment wel laat zien is dat je om nauwkeurige metingen te kunnen doen en die goed te kunnen interpreteren, een goede theorie nodig hebt. Er is te weinig bekend over de werking van het brein om te kunnen weten wat Libet nu precies mat en daardoor kunnen we er ook geen conclusies aan verbinden. Ik heb me er niet genoeg in verdiept, maar dezelfde beperking zou wel eens kunnen gelden voor veel moderner hersenonderzoek waar het idee van het bewustzijn als illusie mee onderbouwd wordt. 

Misschien ergeren de neurowetenschappers zich aan theorieën zoals die van Descartes. Tegelijk hebben onderzoekers die de data laten spreken, terwijl ze de theorie verwaarlozen, ons uiteindelijk even weinig te vertellen als de filosofen die denken dat twijfel afdoende is om de absolute waarheid te achterhalen. 

Meer lezen?
Ik schreef over het gedachtenexperiment van Descartes in Brein in een vat en over zelfbewustzijn in Poetsvissen, ik schreef ook al eens eerder over Gedachtenexperimenten in het algemeen en over de werking van het brein.

Dit blogje is natuurlijk een heel sterke vereenvoudiging van een complex debat. Een goede beschouwing van het Libet experiment vind je in dit artikel van Jan Verplaetse. Een niet onbelangrijk detail is dat Libet niet hersenactiviteit in het algemeen mat, maar een specifieke hersengolf die het ‘readiness potential’ wordt genoemd. In dit stuk wordt goed uitgelegd wat dat is en wat het naar moderne inzichten wel en niet zou kunnen zeggen over het debat over bewustzijn en vrije wil.

24 reactiesEen reactie plaatsen