Op zoek naar het brein

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.

Kennisbronnen

Een van de basisvragen van de kennistheorie is hoe mensen aan kennis kunnen komen. Hoe weet je eigenlijk dat je een mens bent? Of hoe je heet? Of dat de aarde rond de zon draait? En wanneer kan je er zeker van zijn dat datgene wat je weet ook waar is? Filosofen hebben zich natuurlijk met die vraag bezig gehouden en zij komen met vier fundamentele bronnen van kennis: waarneming, geheugen, ratio en getuigenis. Ik weet zeker dat ik de meeste dingen die ik weet op de vierde manier opgedaan heb. Alles wat in dit blogje staat heb ik bijvoorbeeld van anderen geleerd: boeken, persoonlijk contact, internet en tv. Je zou denken dat filosofen dus erg veel aandacht aan getuigenis als bron van kennis gegeven hebben, maar niets is minder waar. Het alfamannetje onder de kennisbronnen is de waarneming.

Waarneming is ook vreselijk belangrijk. Komt niet al onze kennis , inclusief kennis van anderen, uiteindelijk via de zintuigen binnen? John Locke, bijvoorbeeld stelde zich het brein van een baby voor als een onbeschreven blad (een tabula rasa) dat door ervaring gevuld werd. Volgens Locke bouwen mensen hun eerste kennis dus op door ervaring en – zo dacht hij – alleen door ervaring leren we de waarheid. Locke’s theorie was behoorlijk invloedrijk en het was dus eigenlijk wachten op een filosoof die precies het tegenovergestelde beweerde. Berkely bijvoobeeld. Volgens hem kunnen we helemaal niet zeker zijn van onze zintuigen omdat we ons bewust zijn van wat er in het brein gebeurd, niet van wat er in de wereld gebeurd. We zijn ons alleen bewust van onze ideeën en Berkely stelde zich de waarneming voor als bijzonder levendige ideeën die door God in ons brein geplaatst waren. De werkelijkheid? Daar had Berkely niet zoveel mee.

Het ontkennen van de werkelijkheid, dat ging veel filosofen te ver, maar het argument dat we niet kunnen weten of we iets wel echt waarnemen heeft de gemoederen nog lang bezig gehouden. En zo zijn er eigenlijk vier visies op de waarneming ontstaan. Je hebt realisten die beweren dat wat we waarnemen de werkelijkheid is. Je hebt idealisten (zoals Berkely) die zeggen dat de werkelijkheid niet bestaat of in ieder geval niet is wat we waarnemen. Je hebt representationalisten die (met Hume) beweren dat we door ons brein gemaakte representaties van de werkelijkheid waarnemen. Dat is dus geen directe waarneming, maar representationalisen denken wel dat wat we waarnemen werkelijkheidsgetrouw is. Tot slot zijn er ook nog skeptici die simpelweg zeggen dat we niet kunnen weten of we waarnemen. Consensus is er nooit gekomen, de waarneming wordt nog altijd als eerste en belangrijkste kennisbron gezien – en zij blijft onderwerp van stevig filosofisch debat.

Dat is voor het geheugen veel minder het geval. Vreemd eigenlijk. Als ik iets denk te weten haal ik het uit mijn geheugen. Mijn geheugen is dus misschien niet persé de uiteindelijke bron van mijn kennis, maar het is in ieder geval wel de directe bron van mijn kennis. Filosofisch gezien geeft dit wel problemen. Ik denk bijvoorbeeld dat ik mijn ex-vriendin gisteren zag lopen. Kan ik daar op vertrouwen? Een voorbeeld van een theorie die daar antwoord op probeert te geven is de afleidings- of inferentietheorie. Deze stelt dat ik op mijn geheugen kan vertrouwen omdat ik heel veel bewijs heb dat mijn geheugen betrouwbaar is. Dat blijkt namelijk steeds in het alledaagse leven. Ik vraag me af waar ik mijn sleutels gelaten heb, haal uit mijn geheugen dat ze in mijn tas zitten en prompt zitten ze daar. Dat soort dingen. Omdat ik steeds op mijn geheugen kan vertrouwen kan ik er ook wel van uit gaan dat ik mijn vriendin gisteren zag. Jammer genoeg wordt deze theorie door twee stevige problemen geplaagd: de logica rammelt en het bewijs ook – ons geheugen laat ons te vaak in de steek.

Een andere theorie is de behoudstheorie. Die zegt dat je het geheugen gewoon als een opslagplaats moet zien. Ik weet misschien niet zeker dat ik mijn ex gisteren zag, maar ik heb er vandaag precies evenveel bewijs voor als gisteren toen ik dat moment in mijn geheugen opsloeg. Dit is logisch gezien een waterdichte theorie, maar net als bij de afleidingstheorie klopt het niet bij wat we weten van het geheugen. De behoudstheorie gaat er van uit dat er niets aan ons geheugen veranderd als het eenmaal is opgeslagen. Uit onderzoek naar valse herinneringen weten we dat dat niet zo is. Er blijkt bijvoorbeeld dat we onze herinneringen steeds aan passen door nieuwe informatie te mengen met wat al in het geheugen zat. Exit behoudstheorie.

Blijft over wat Micheal Heumer de duale theorie van de herinnering noemt. Ons vertrouwen in een herinnering is volgens hem de optelsom van het vertrouwen dat we hadden toen we de herinnering maakten en ons vertrouwen dat we hem goed bewaard hebben. Het hangt er dus van af of ik mijn ex-gisteren goed gezien heb en of ik goed onthouden heb of ik haar gezien heb. Het kan zomaar zo zijn dat ik een andere vrouw zag die op mijn ex lijkt en dat ik die waarneming in mijn geheugen steeds een beetje bijgesteld heb in de richting van een werkelijke waarneming van mijn ex. Dan werken een onnauwkeurige waarneming en een onnauwkeurig geheugen samen en blijft er niet veel over.

Logisch gezien klopt de duale theorie, maar praktisch gezien hebben we er misschien niet zoveel aan. Als mens heb ik alleen toegang tot je geheugen op dit moment, ik weet niet meer hoe zeker ik er eerst van was. Je kunt de foutbronnen dus niet uit elkaar halen. Al met al is het geheugen dus vrij onbetrouwbaar en is het ook nog eens heel moeilijk om te weten hoe onbetrouwbaar het precies is.

Tijd om de ratio eens onder de loep te nemen. De waarneming en het geheugen mogen dan onbetrouwbaar zijn, mogelijk kunnen we wel door logisch te redeneren tot de waarheid doordringen. Opnieuw discussie natuurlijk. Is het wel mogelijk kennis te hebben die los staat van de waarneming? De empiristen denken van niet. Ervaring is voor hen de enige bron van ware kennis. Maar zij krijgen tegengas van rationalisten. Die hebben filosofen als Plato en Kant als boegbeeld en de visie van Emanuel Kant is nog altijd invloedrijk. Hij dacht dat onze waarneming van de werkelijkheid gevormd wordt door ons aangeboren kenvermogen. Gevoel voor geometrie is een voorbeeld. Het idee van een rechte lijn leer je, zo dacht Kant, niet door ervaring, maar toch heeft iedereen er beschikking over. De rationalistische visie kwam behoorlijk onder druk te staan toen Albert Einstein zijn algemene relativiteitstheorie op het idee van een gekromde ruimte-tijd baseerde. Als Einstein gelijk heeft dat de ruimte krom is en Kant gelijk heeft dat ons aangeboren kenvermogen ons met een waarneming van de ruimte in rechte lijnen heeft toegerust, zit ons aangeboren kenvermogen er dus naast. Exit Kant.

Maar dat is eigenlijk een beetje kort door de bocht. Dat de manier waarop ons brein en zintuigen in elkaar zitten een sterke invloed hebben op hoe wij de wereld waarnemen valt moeilijk te ontkennen. Voor een worm is de wereld een heel andere plek dan voor ons en als wormen een wiskunde zouden ontwikkelen zou die waarschijnlijk wezenlijk anders zijn dan die van ons. We hebben dus wel een aangeboren kenvermogen,  het is alleen moeilijk te zeggen welke kennis we daar onder kunnen rekenen en we kunnen er alleen niet zomaar op vertrouwen dat het ons de waarheid zal vertellen. Denk aan onderzoek in de sociale psychologie aan cognitieve bias. Dat onderzoek laat bijvoorbeeld zien dat we meer waarde hechten aan bewijs dat onze ideeën bevestigt dan aan bewijs dat tegen onze ideeën in gaat. Dat maakt het moeilijke nieuwe ideeën in het juiste licht te beoordelen. Kant had dus waarschijnlijk gelijk dat we een aangeboren kenvermogen hebben alleen lijken we eerder gemaakt te zijn om allerlei misvattingen over de werkelijkheid te huldigen in plaats van om de waarheid te ontdekken. Mede daarom roepen we bij het redeneren de hulp in van denktechnologieën als wiskunde en logica. We vertrouwen er op dat als we deze middelen gebruiken ons kenvermogen kunnen corrigeren. En die technologieën? Die hebben we, net als ons vertrouwen er in, weer van horen zeggen.

Dat brengt ons bij de vierde kennisbron: getuigenis. Hoe kunnen we weten dat we datgene wat we van anderen leren kunnen vertrouwen? Daar hebben relatief weinig filosofen over zich gebogen en de teneur was aanvankelijk niet erg optimistisch. John Locke, bijvoorbeeld, stelde dat anderen een erg onbetrouwbare bron van kennis zijn en ook David Hume zag er weinig in. In een poging om aan te tonen dat wonderen niet bestaan stelde hij dat het vertrouwen dat we in een getuigenis stellen evenredig moet zijn met het aantal onafhankelijke bronnen. Bij de meeste getuigenissen zijn die juist schaars. Hij kreeg tegengas van latere filosofen als Thomas Reid. Die vroeg zich bijvoorbeeld af wat de visie van Hume zou betekenen voor het leren van een kind. Kinderen zullen het moeten doen met zeer weinig bronnen van kennis die zeker niet onafhankelijk genoemd kunnen worden. Daarom poneerde hij een tegengestelde visie die een stuk optimistischer was. Hij stelde dat mensen de aangeboren neiging hebben om in getuigenissen te geloven, maar ook om de waarheid te spreken. De Australische filosoof Tony Coady deed daar nog een schepje boven op door te laten zien dat het onredelijk is om er van uit te gaan dat de meerderheid in een samenleving liegt. De meeste systemen die voor cohesie zorgen in de samenleving, waaronder de taal, zouden daar aan ten onder gaan. Al met al kunnen we onze goedgelovigheid dus best verantwoorden.

We kunnen vraagtekens stellen bij elk van de vier kennisbronnen: de waarneming, het geheugen, de ratio en getuigenis – en filosofen hebben dat ook gedaan. Maar dit blogje is uiteindelijk veel optimistischer uitgevallen dan je op het eerste gezicht had kunnen verwachten. Vooruit, we kunnen er niet zeker van zijn dat wat we waarnemen de werkelijkheid is, maar meestal is zij goed genoeg voor ons dagelijks leven. We kunnen niet zeker weten of we op ons geheugen kunnen vertrouwen, maar vaak genoeg blijkt het er prima van af te brengen. We hebben misschien niet het ‘kenvermogen’ van een waarheidsvinder, maar met wat hulp van wiskunde en logica komen we een heel eind. Niet elke getuigenis is even betrouwbaar, maar we hoeven niet meteen alles wat we van anderen leren in twijfel te trekken. Alles overziend moet je gewoon niet willen zoeken naar een bron van ‘absoluut zekere kennis’, zoals veel filosofen doen. Als je de lat net iets lager legt, dan komen we er met onze vier manieren om aan kennis te komen best uit. En dat blijft toch een geruststellende gedachte.

Meer lezen?

Het idee van de tabula rasa en enkele visies op de betrouwbaarheid van het geheugen zijn impliciet weer gestoeld op de metafoor van de kenniscontainer , die ik eerder kritisch besprak.

In waarheidsinjecties besprak ik twee varianten van de strijd tussen de empiristische en de  rationalistische visie op de waarheid. De ideeën van Kant werk ik verder uit in kenvermogen. Over het geheugen en valse herinneringen schreef ik in geheugenmachine.

Dit blogje is goeddeels gebaseerd op essays uit “Epistemology” van Robert Audi.