Bronnen bij Neurologie, organisatie: modulariteit

Er komen steeds meer aanwijzingen voor de functionele modulariteit van de grote hersenen (de Volkskrant, 29-04-2011, van verslaggever Mark Mieras):
  Hersenen kunnen lokaal slapen

Bij ratten is het aangetoond en bijmensen zou het net zo werken: soms vallen hersencellen in een microslaapje. Mogelijk verklaart dat vermoeidheidsfouten.

Terwijl je wakker bent, kunnen je hersenen toch gedeeltelijk in slaap vallen. Dat is althans aangetoond bij ratten, zo blijkt uit een artikel dat woensdag is gepubliceerd in Nature.
    Amerikaanse en Italiaanse onderzoekers gaven ratten nieuw speelgoed zodat ze langer dan gebruikelijk wakker bleven. Hun vermoeide hersencellen vielen spontaan in slaap om even later weer wakker te worden. Dat gebeurde op verschillende plaatsen in de hersenschors maar niet gelijktijdig. Opmerkelijk genoeg speelde de knaagdieren ondertussen gewoon door. Hun oogjes bleven wijd open.
    Van vissen en vogels weten we dat ze een hersenhelft kunnen laten slapen terwijl de andere doorwerkt. Zo kunnen vogels lange vluchten over zee maken. De meeste vissen stoppen nooit met zwemmen. Erg handig natuurlijk, maar de hersenen van zoogdieren zijn te complex om ongestraft een hele hersenhelft uit te schakelen. Kleinere eenheden blijken nu dus wel zonder veel problemen offline te kunnen gaan.
"   De ratten gingen wel meer fouten maken. De onderzoekers trainden ze om met één pootje suikerpilletjes uit een bak te vissen. Steeds wanneer er in hun hoofd hersencellen indutten, begonnen de dierten meer fouten te maken. Het ging vooral mis als het microslaapje in de motorschors optrad, de plaats waar bewegingen worden gepland en gestuurd. De kans dat de rat het suikerballetje van zijn poot liet vallen steeg dan met bijna 40 procent.
    De onderzoekers twijfelen er niet aan dat hetzelfde mechanisme ook optreedt bij mensen. Daarvoor lijken de hersenen van hersenen en ratten genoeg op elkaar. ...

En even ongetwijfeld is het zo dat de grenzen van de gebiedjes die gezamenlijk in slaap gaan, samenvallen met functionele modules.

Het volgende is een gevolg van de modulariteit van de hersenen (Quest, juli 2011, door Asha ten Broeke):
  Misbruikt geheugen

Tussenstuk:
Geloof maakt echt bang

Ook al is een herinnering vals, hij kan ontzettend echt voelen. Dat geldt in elk geval voor mensen die menen dat ze door aliens zijn ontvoerd, ontdekte psycholoog Richard McNally van Harvard Universiteit. Volgens McNally kunnen we er redelijk veilig van uitgaan dat zoiets nooit in werkelijkheid is gebeurd. Amerikanen worden niet op grote schaal door aliens ontvoerd naar ruimteschepen voor gruwelijke experimenten. Toch zijn de herinneringen aan dit soort gebeurtenissen voor 'ontvoerden' beslist traumatisch. Toen ze er in McNally's test aan terugdachten, ging hun hartslag omhoog en stond het zweet ze in de handen.
Dezelfde lichamelijke reacties observeerde de psycholoog bij ex-soldaten die aan de oorlog in Vietnam moesten denken.
Conclusie: valse herinneringen kunnen net zulke sterke emoties opwekken als de herinnering aan echte gebeurtenissen.

De simpelste verklaring hiervoor is de volgende: de directe waarnemingen worden door de hersenen langs een module gevoerd die er de passende emoties aan vastkoppelt. Herinneringen worden bij re-evaluatie door dezelfde module gevoerd als de directe waarnemingen, en de module die de emoties koppelt maakt geen onderscheid tussen de bron van de signalen die het binnenkrijgt. De emotie-module reageert dan hetzelfde op ervaringen en herinneringen.
    Alleen gebaseerd op dit proces is er nog ruimte voor twijfel over deze beschrijving. Maar er zijn meerdere bekende verschijnselen die op deze gang van zaken wijst. Eén ervan is hypnose: de gehypnotiseerde reageert op een manier die normaliter geassocieerd met bepaalde, normaliter zichtbare en bekende, prikkels, terwijl die prikkels de gehypnotiseerde niet zijn overkomen, maar slechts geïnduceerd door de hypnotiseur. Een ander is dat van slaap  .

Nog een verschijnsel dat samenhangt met modulariteit (de Volkskrant, 10-09-2011, door Malou van Hintum):
  Smaak van woorden

... neurowetenschapper Tessa van Leeuwen (Donders Instituut, Radboud Universiteit Nijmegen). Komende woensdag promoveert ze op onderzoek naar hersenmechanismen die ervoor zorgen dat zo'n twee procent van de mensen letters in kleuren zien, of een smaak proeven als ze een woord horen.

Letter-kleursynestheten zijn er in twee typen, begrijp ik.
'Je hebt de 'projectors', die echt een kleur waarnemen als ze een letter zien, en de 'associators', die meer het gevoel hebben dat een letter een bepaalde kleur heeft.'

Die twee typen gaan gepaard met verschillende hersenmechanismen. Legt u eens uit.
'Bij de projectors wordt het kleurengebied in de hersenen bij het zien van letters meteen actief. Het lijkt erop dat er directe verbindingen zijn tussen het lettervormgebiedje en het kleurengebied. Die signalen worden later gecombineerd door een derde gebied, de superior pariëtale lobule (SPL).   ...

De letterlijke beschrijving van modulariteit.
  'Bij de associators wordt de kleur later in het verwerkingsproces toegevoegd. Het lettergebiedje vertelt eerst aan de SPL dat er een letter te zien is, en vervolgens gaat de terugkoppeling óók naar het kleurengebiedje.'

En de rol die de structuur van de verbindingen heeft los van de modules - de verbindingen bepalen hoe de modules communiceren en dat bepaalt het uiteindelijke resultaat.
  Er zijn wellicht mensen synestheet die dat niet weten, denkt u.
'Synesthesie ontstaat waarschijnlijk tijdens het leren van letters. Kinderen gaan kleuren en schrijven, en ze leren bijvoorbeeld de dagen van de week aan de hand van kleuren. Die kunnen een automatische herinnering worden.
    'Ik heb ooit een test gedaan bij iemand die geen synestheet was. Ik vroeg haar een kleur aan een letter te koppelen. Een maand later scoorde ze 60 procent van de combinaties correct. Ook het feit dat de meeste mensen een lage toon associëren met een donkere kleur geeft aan dat er heel veel impliciete synestheten zijn.'

Het groeiende besef bij de wetenschap dat opvallende verschijnselen, hier synesthesie, slechts extremen zijn van processen die in alle gradaties voorkomen.
  Synesthesie heeft te maken met extra sterke hersenverbindingen. Zijn die een gevolg of een oorzaak?
'We weten niet of je eerst een anatomische verbinding moet hebben om synesthesie te ontwikkelen, of dat die verbindingen zich ontwikkelen. ...'

De algemene methodiek van leren in de jonge hersenen: het losmaken en vastmaken van verbindingen, maakt het waarschijnlijk dat het het tweede is (in de meest voorkomende gevallen): de verbindingen ontstaan onder een extern leerproces.
  We weten wel dat de locatie in de hersenen van de betrokken gebieden ertoe doet. Dat kleur-synesthesie veel vaker voorkomt dan smaak- of reuksynesthesie, is omdat het betreffende hersengebiedje veel dichter bij het waarnemingsgebied ligt.'

Logisch in een hiërarchisch netwerk - dan is dit de kwestie van minder of meer tussenliggende schakels.
  U gaat nu onderzoek doen naar schizofrenie. Wat is het verband met synesthesie?
'Mensen met schizofrenie hebben problemen met hun perceptie. Als je ze bijvoorbeeld een vage tekening van een gezicht laat zien, hebben ze er moeite mee de onderdelen van dat gezicht te integreren tot één geheel. Wat synestheten te veel hebben, hebben zij te weinig.'

Inderdaad. Passend bij het model.

In principe zou je van psychopathie al hebben kunnen veronderstellen dat het wees op de modulaire werking van hersenen, als je aannam dat er toch ergens wel iets van gevoel aanwezig moest zijn bij in ieder geval de gewelddadige criminelen onder die, want gewelddadigheid is bij uitstek een gevolg van emoties: als je geen emoties voelde was er totaal geen aanleiding voor marteling en verkrachting. Maar het bewijs is nu nog veel sterker geleverd (de Volkskrant, 27-07-2013, van verslaggever Tonie Mudde):
  Psychopaat heeft iets aardigs

Psychopaten kunnen zich wel degelijk inleven in hun medemens, suggereert Gronings hersenonderzoek bij tbs'ers.


Het idee dat psychopaten gevoelloze wezens zijn verdient nuancering. ...

Een bijzonder simplistisch misverstand, dus. Overigens sterk gelijkend op dat van "zinloos geweld"  .
  Het brein van de gemiddelde psychopaat reageert net zo gevoelig op emotionele beelden als dat van een gezonde proefpersoon. Dit gebeurt echter pas nadat de psychopaat opdracht krijgt zich in te leven in de situatie.
    Dit blijkt uit experimenten onder achttien veroordeelde psychopaten, gepubliceerd in het nieuwste nummer van het wetenschappelijk tijdschrift Brain. De proefpersonen - tbs'ers uit de Van Mesdagkliniek en het FPC Veldzicht - bezochten een voor een het Universitair Medisch Centrum Groningen. De meesten kwamen met handboeien om het laboratorium binnen lopen, onder begeleiding van bewakers. In de MRI-scanner mochten de boeien af.
    Terwijl het apparaat hun hersenactiviteit registreerde, keken de psychopaten naar filmpjes van handen die elkaar streelden, op de vingers tikten of wegduwden. Bij het zien van zulke beelden gaan bij 'normale' proefpersonen de spiegelneuronen vuren. Deze zenuwcellen in het brein spelen een hoofdrol bij het inlevingsvermogen. Wie kijkt naar een liefkozing of een afwijzing, vertoont al snel hersenactiviteit alsof hij zelf wordt bemind of afgewezen. Om te traceren in welke hersendelen het spiegeleffect optrad bij dit experiment, maakten de Groningse onderzoekers ook hersenscans terwijl de proefpersonen in levende lijve over hun hand werden geaaid of een tik kregen.
    De activiteit van de spiegelneuronen - een indicatie van het inlevingsvermogen - was bij de psychopaten opvallend laag tijdens het kijken naar de filmpjes. ...

Wat spiegelneuronen zijn, is uitgelegd hier  , en meer erover hier  .
  Echter, zodra de psychopaten de opdracht kregen zich in te leven in de beelden, vonkten hun spiegelneuronen net zo fel als bij de controlegroep.
    'Dit suggereert dat psychopaten wel degelijk over een inlevingsvermogen beschikken - ze gebruiken het alleen niet spontaan', zegt neurowetenschapper Harma Meffert ...

Oftewel: de spiegelneuronen zijn modulair gescheiden, en die module kan op meerdere manieren aangestuurd worden: automatisch, oftewel in respons op reflexmatige of emotionele processen, oftewel, als reactie op stimuli vanuit de hersenstam of vanuit de emotionele organen  (welke of beide is onduidelijk), of als reactie op impulsen vanuit het rationele brein. 
  Dit sluimerende inlevingsvermogen verklaart mogelijk waarom psychopaten zo goed kunnen manipuleren. Zo verplaatste de Amerikaanse seriemoordenaar Ted Bundy zich in de gevoelswereld van zijn slachtoffers door zijn arm in het gips te doen. Jonge vrouwen vonden hem zielig en lieten zich daarom makkelijker meelokken naar een afgelegen plek.

Precies: die Bundy wist heel goed wat hij deed en waarvoor: bevrediging van in zijn hoofd aanwezige emoties, mogelijk in combinatie met impulsen.
    Overigens is het mogelijk dat het aan- en uitschakelen van deze emotie-module door het rationele brein, de neocortex, plaatsvindt in de cingulate cortex  , omdat deze ook betrokken is bij zaken als uitgestelde bevrediging en emotie-controle in het algemeen.

En daar komt, vrijwel meteen in termen van ontwikkeling van de wetenschap, de bevestiging van dit vermoeden (de Volkskrant, 05-12-2013, van verslaggever Mark Mieras):
  Artsen activeren met elektrode per ongeluk het niet-opgevengevoel

Brein heeft een 'doorzetknop'


Neurologen in Stanford zijn bij toeval gestuit op een breinnetwerk dat de intense vechtlust kan opwekken om te overleven of het onmogelijke te bereiken. ...
    De artsen deden hun ontdekking tijdens medisch onderzoek bij twee patiënten met epilepsie in de mediale temporaalkwab. Om de bron van hun toevallen precies te kunnen vaststellen werden elektroden heel voorzichtig in dit diep achter de slaap verborgen deel van de hersenen gestoken om daar elektrische stroompjes op te wekken.
    In een filmopname is te zien hoe een van de patiënten naar zijn borst grijpt op het moment dat een punt wordt geprikkeld midden op wat neurologen de 'cingulate cortex' noemen. Zijn borst en nek gloeien, zegt hij. Zijn gebaren en woorden zijn gejaagd. 'Mijn hart gaat tekeer alsof ik een football-speler ben vlak voor de eerste touchdown van het seizoen', zegt de patiënt. En even later een andere treffende vergelijking: 'Het voelt als wanneer je in een auto rijdt met een halfzachte band. Je kunt niet omkeren. Je moet door. Dat gevoel van: ga ik dit redden?' Zodra de artsen de stroom uitzetten, verdween de emotie als een zeepbel die wordt doorgeprikt. Ook als de stroom 5 millimeter verderop in het hersenweefsel wordt gestuurd, is er niets van de turbulente emotie te bespeuren.
    Onderzoekers in Parijs rapporteerden in 1973 al eens vergelijkbare symptomen bij een patiënt, maar konden de locatie toen niet nauwkeurig aangeven. Ook onderzoek naar het doorzettingsvermogen van muizen wees al naar dit deel van de hersenen. Knaagdieren bij wie een beschadiging is aangebracht in het hersengebied, ontberen de vechtlust om over een steile helling te klimmen die hen van hun voedsel scheidt. Ze geven snel op.    ...

Het allereerste dat deze bevindingen verder onderbouwen is de hoge mate van modulariteit van de hersenen: voor een aparte functie een aparte module. Dus zelfs voor dingen die eerder op het psychologische dan op het neurologische vlak geplaatst worden als "doorzettingsvermogen".
    Het tweede wat hier naar voren komt is dus de onderbouwing van de rol van de cingulate cortex als modulator en bestuurder van emotionele impulsen:
  'We wisten al dat de cingulate cortex een rol speelt bij het formuleren van doelgericht gedrag', zegt de Nederlandse neurowetenschapper Rogier Mars, die aan de universiteit van Oxford onderzoek doet in hetzelfde hersendeel. 'Ik zou niet zeggen dat de cingulate cortex het gebied is dat doorzettingsvermogen 'doet', maar dat de afweging maakt. Deze twee patiënten lijken zich niet alleen sterker te voelen, ze hebben ook het idee dat er iets is dat moet worden aangepakt.'

En hieraan dan nog de toevoeging dat het met name voor dit geval van "doorzettingsvermogen" heel wel mogelijk is dat dit eerdere gaat over impulsen uit de hersenstam  dan uit de emotionele hersenen  , omdat doorzettingsvermogen zo nauw verbonden is aan de reflexmatige keuze tussen "vecht, vlucht, of bevries"-gedrag.

Een voorbeeld op een terrein van de waarneming en geheugenvorming dat onlosmakelijk lijkt te zijn.
   Het fysieke gebied is dat van de hippocampus en omgeving, bestaan uit gebieden genaamd dentate gyrus, cornu ammonis (hippocampus proper), subiculum en entorhinal cortex, die allemaal op elkaar aansluiten, en elkaars werking beïvloeden.
    De waarnemingen komen binnen in de dentate gyrus en/of cornu ammonis, en de entorhinal cortex wordt verondersteld daar de ruimte- en tijd-aspecten oftewel de oriëntatie aan toe te voegen (bekend van experimenten met ratten).
    Hier is de aanwijzing dat ook dit modulair werkt (de Volkskrant, 23-10-2021, door Ronald Veldhuizen):
  Neuropsychologie | Oriëntatie

Anna raakt altijd de weg kwijt

Zolang ze zich kan herinneren, verdwaalt Anna. Ze heeft een aangeboren aandoening. Anna mailde een Leidse neuropsycholoog, die graag meer wilde weten.


Tussentitel: Dan fiets ik naar een vriendin en neem ik per ongeluk een afslag naar het zwembad waar ik ook vaak heenga

Ze weet niet waar ze heen moet. Anna staat buiten de buitenschoolse opvang waar ze werkt, met 25 kinderen onder haar hoede. Onverwacht moet iedereen die dag het gebouw verlaten omdat er asbest is gevonden. Het personeel kent de evacuatieplannen - ook Anna. Ze moet de kinderen escorteren naar een ander pand. Dat ligt vlakbij, een paar straten verderop, in het dorp waar ze al tien jaar woont en werkt. Op die andere locatie is ze bovendien al vaak geweest. Maar nu weet ze het niet. Nee, ze zíét het niet: de wereld buiten haar directe blikveld is, zoals altijd, zwart.    ...
    Anna verdwaalt al zolang ze zich kan herinneren. Ze is haar hele leven aan huis gekluisterd: treinstations, openbare toiletten, ziekenhuizen of woonplaatsen van familieleden kan ze niet zelfstandig bereiken. Om precies te zijn heeft Anna Developmental Topographical Disorientation (DTD), een aangeboren aandoening die haar ruimtelijk inzicht ernstig aantast. Voor de wetenschap is het een pas ontdekte aandoening, met wereldwijd een handjevol gediagnosticeerde gevallen.
    Het is februari 2020 als neuropsycholoog Ineke van der Ham ...
    Van der Ham bezoekt Anna die zomer. Ze test haar denkvermogen uitgebreid en dat blijkt normaal. Op bepaalde geheugentaken scoort ze zelfs uitzonderlijk goed. Maar er is wel degelijk iets bijzonders met haar aan de hand: haar ruimtelijk oriëntatievermogen ontbreekt vrijwel volledig. Ze weet wat links en rechts betekenen, dat wel. Inbeelden hoe de wereld om haar heen gevormd is, lukt haar echter niet. Daardoor kan ze ook niet kaartlezen of het plaatje van een gps-app interpreteren. Anna lijdt vrijwel zeker aan DTD, concludeert Van der Ham.    ...
    Anna's geval is bijzonder, zegt Van der Ham, ook voor de wetenschap. Ze legt de casus vast in een onderzoeksverslag dat ze gaat publiceren. Omdat de verdwaalklachten achter DTD zowel ernstige als milde vormen kennen, net zoals bij dyslexie, is de kans volgens Van der Ham groot dat veel mensen er onwetend mee zitten. Voor Anna is dat ook de reden dat ze haar verhaal kwijt wil: ze heeft er zelf te lang mee geworsteld, vindt ze.    ...
    DTD is erfelijk, concludeert de Canadese neuropsycholoog Giuseppe Iaria, die de aandoening in 2009 voor het eerst omschrijft. Bij zes mensen met de aandoening die hij heeft onderzocht, had minstens één ander direct familielid er ook last van. Bij zes controlefamilies waar hij evenveel mensen testte kwam de aandoening in geen enkele gradatie voor.
    Dat betekent ook dat het vanaf de kindertijd aanwezig lijkt te zijn, zegt Van der Ham. In tegenstelling tot hersenletselpatiënten hebben ze nooit geweten hoe het voelt om de weg te kunnen vinden, waardoor het voor hen lastiger is om hun oriëntatieprobleem onder woorden te brengen.
    Anna herkent de familietrek achteraf. 'Mijn moeder had het ook, denk ik nu. Ze had de traditionele rol als huisvrouw, dus ze was net als ik veel thuis. Ik weet nog dat er een nieuwe supermarkt in het dorp kwam. Toen we daarheen gingen, wist ze de weg naar huis niet meer.' Haar zoon herkent de klachten eveneens, vertelt ze: voor een nieuwe baan moest hij veel reizen en de inspanning daarvan werd hem te veel.    ...

De erfelijkheid laat zien waar het probleem vermoedelijk schuilt: iedere fase in de ontwikkeling van het brein vindt plaats omdat die in het DNA geprogrammeerd is. Deze storing is hoogstvermoedelijk een klein DNA-defect.
    Dat het zeer weinig voorkomt, laat zien dat het effect ervan redelijk ernstig is qua mogelijkheid tot overleven - mevrouw "Anna" gebruikt opzichtige herkenningspunten om haar weg te vinden:
  ... Desondanks weet Anna haar weg door het huis en zelfs een deel van haar dorp te vinden. Ze onthoudt de objecten en hun volgorde. 'Puntenherkenning, dat kan ik. Van hier naar de supermarkt en weer terug.' Van der Ham heeft dat ook bevestigd met een virtualrealitytest op een laptop, dat op een computerspel lijkt. ...

In de rauwe natuur van voor de stedelijke ontwikkeling waren die natuurlijk zeldzaam.


Naar Neurologie, organisatie  , of site home  ·.

30 apr.2011