Hoe zijn we er achter gekomen dat onze zielenroerselen: ons denken over hele spectrum van de meest alledaagse gedachten tot speculatie over de diepste vragen over onszelf en het bestaan, allemaal voortgebracht worden door een paar kilo weefsel ergens in ons hoofd?

Tot de negentiende eeuw was de vraag waar het denken plaatsvind 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 nou gebeurde, laat de breinwetenschap zich tot de negentiende eeuw nog kenmerken door veel gis- en conceptueel denkwerk. Iets waar we in de huidige tijd van (ver) doorgevoerd empirisme 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 dat 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 bevind, of preciezer: waar komen gedachten en gevoelens eigenlijk vandaan. Lang was het meest gegeven antwoord daarop het hart. Dat is ook niet zo vreemd als je je bedenkt dat je hartslag veranderd als je emotioneel wordt en omdat het een actief orgaan is, net zoals de gedachten actief zijn. Zonder de 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 drager van het denken lang dominant is geweest in de wetenschapsgeschiedenis. Overigens niet in de laatste plaats om dat Aristoteles deze visie onderschreef. Zijn gedachtegoed bleef tot in de middeleeuwen dominant in Europa.

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 die 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. Nog 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 weer 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 eerste de laatste 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 hier een rol in speelden werd algemeen aangenomen, maar hoe de zenuwen hier een rol in speelde bleef een groot raadsel. Oudere ideeën suggereerden dat die invloed het gevolg was van een bepaalde zenuwlucht (pneuma) of dat het hydraulisch zou moeten gaan, via een vloeistof.

Gelukkig was de microscoop net uitgevonden. Die wees uit dat de zenuwen geen plaats hadden 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 het uitsloot dat de ziel onsterfelijk was en omdat het de mogelijkheid inhield dat dieren, maar ook niet levende objecten zouden kunnen denken – een absurde consequentie.

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 er later de batterij. Hoewel er bewijs was dat elektriciteit beweging kon stimuleren: in kikkerbenen en in andere dieren – en dat bepaalde sensaties elektrisch konden worden opgewekt, was geenszins duidelijk hoe dit precies samenhing met de werking van de hersenen of het brein.

Één probleem was dat zenuwsignalen veel langzamer waren dan elektriciteit in geleidende draden. Hermann von Helmholtz toonde aan dat zenuwsignalen ongeveer 30m per seconde gaan. Dat is vrij weinig, en dat roept daarom vragen op over de perceptie (die zou dus altijd achterlopen), maar ook over elektriciteit als oorzaak van het denken (daarvoor lijkt snelheid essentieel). Een ander probleem dat het niet logisch leek verschillende sensaties zoals zicht en gehoor dezelfde oorzaak zouden hebben. Ondanks dit gebrek aan bewijs was het idee van het elektrische brein populair, misschien nog het duidelijkst weergegeven in Mary Shelly’s roman Frankenstein.

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

Het idee is dat bepaalde delen van het brein verantwoordelijk zijn voor bepaalde functies. De schedelmetrie was op dit idee gebaseerd. Aan de hand van bulten in de schedel zou je iets kunnen vaststellen over iemand 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. En het kon experimenteel aangetoond worden dat dieren bepaalde dingen niet konden als specifiek letsel werd aangebracht. Of dat het toekennen van elektrische stoom in bepaalde delen van het brein dit effect hadden.

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 onwillekeurig 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 middelen om experimenten te doen met zwakstroom of om beschadiging toedienen op bepaalde plekken in het brein 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 Decent of Man’ waarin hij zijn theorie over de evolutie van intelligentie ontvouwde.

Hierin vinden we een focus op gedrag, hoe insecten sociale vermogens hebben en er gelijkenissen zijn tussen het gedrag van mensen en andere dieren en hoe huisdieren en primaten emoties lijken 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 ontwikkelt 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 altijd heeft een wetenschapper als Frans de Waal moeite om de wetenschappelijke gemeenschap te overtuigen dat dieren empathie kunnen hebben. 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 in de vroege wetenschap: elektriciteit, lokalisatie van functie en evolutie. Maar deze jaren laten ook zien hoe een gebrek aan sterke ideeën over natuurkunde en biologie en -zoals we in de volgende blog zullen zien: informatiekunde – de breinwetenschap bemoeilijkten.

Er was te weinig empirisch bewijs om het denken bij te sturen. Daarom zien we in deze periode veel waardevolle speculatie en nog weinig experimenten die het denken dwingen antwoord te geven op specifieke vragen over het brein -en hoe het ons denken stuurt. Het was wachten op de twintigste eeuw waarin in de vorm van nieuwe technologie, 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‘

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