Neurologie, functieschema

De aardbol staat voor de werkelijkheid, hier aangenomen als zijnde een voor iedereen dezelfde en dus objectieve werkelijkheid.
Het proces van waarneming, voorgesteld door het gezicht ernaast, maakt daarvan een individuele werkelijkheid, die deels overeenkomt met de werkelijkheid en deels niet.

De oneindig gedetailleerde wereld wordt opvangen door de waarnemingsorganen: oog, oor, enzovoort. Als eindige constructies kunnen die daar dus een uiterst beperkt en grof deel van bevatten, bijvoorbeeld van elektromagnetische straling alleen licht, maar geen radiogolven of gammastraling. Ten opzichte van die oneindig gedetailleerde wereldbol zeg dit:

De impressies van de waarnemingsorganen worden door hen omgezet in signalen die via de hoofdzenuwen (twaalf stuks) naar de hersenstam gaan, waar ze een eerste bewerking ondergaan - zo worden zicht en evenwichtsorgaan gecombineerd tot een virtuele horizon die dezelfde blijft bij het kantelen van het hoofd.

De hersenstam verwerkt de waarnemingssignalen, en zorgt voor de basale functies van aansturing (via het ruggemerg) en regulering (ademhaling, bloeddruk, enz.), waaronder het gaan zoek naar voedsel ("Honger"), zoeken naar rust ("Slaap"), en de directe en primitieve reacties op wat er gebeurt in de omgeving: "Vechten of vluchten".
Die regulering wordt uitgevoerd middels vier neurotransmitters: noradrenaline (spanning), serotonine (ontspanning), acetylcholine (vermijding) en dopamine (aantrekking en herhaling).
Dit alles tezamen wordt alhier aangeduid als het reflexieve systeem, het eerste niveau van opereren van het brein.
Daarop volgt de eerste integratie van alle signalen, het eerste wereldbeeld, in de thalamus (groen).
De thalamus ligt min of meer centraal in het brein, en van daaruit worden nieuwe stappen in evaluatie en interpretatie gezet, het eerst (sneller) via de basale ganglia, onder, en dan (langzamer) de neocortex, boven.

Na eerste evaluatie, aansturing en regulering door hersenstam en thalamus, gaan de waarnemingssignalen (deels verwerkt) door naar structuren voor verdere evaluatie: door het emotieve systeem dat start met de basale ganglia (onder), en het cognitieve systeem dat start met de hippocampus (boven).
Die systemen leveren hun eigen evaluaties, maar voor de uitvoering ervan grijpen ze terug naar de al bestaande structuren in de hersenstam, hier weergegeven met de vier kernen die de regulerende neurotransmitters produceren.

De hersenstam is veel essentiëler voor het functioneren van het lichaam en de persoon dan de neocortex - een schot door de neocortex hoeft niet per se dodelijk te zijn, en één door de hersenstam is dat altijd en instantaan.
De neurotransmitters zijn primair bedoeld voor het brein, en voor het lichaam worden, vaak verwante, hormonen gebruikt, zoals noradrenaline voor het brein en adrenaline voor het lichaam.
Het afgeven aan het lichaam gaat via de hypothalamus en hypofyse (niet afgebeeld) naar de bloedbaan.

De basale ganglia is de eerste reeks kernen na de thalamus, met in het groen de vermoedelijke centrale sturende eenheid: de caudate nucleus ("kern met staart"). Eromheen ligt nog een aantal kernen die nauw verband zijn aan de emoties en traditioneel het limbische systeem heten.
De uitkomsten van het emotieve systeem hebben eigen kernen: de (belangrijkere) negatieve de amygdala ( ) en de positieve de nucleus accumbens ( ), die hun signalen naar de neurotransmitterskernen in de hersenstam sturen, waarna de bijpassende neurotransmitters naar het hele brein gaan, en bijpassende hormonen naar het lichaam.
Dit alles heet alhier het emotieve systeem, als het middendeel van het brein.

Van de interne werking van de basale ganglia is weinig bekend. Uit waarnemingen van de uitkomsten ervan, de automatismen die iedereen vertoond in zijn dagelijkse leven, kan worden afgeleid dat het reeksen achtereenvolgende handelingen vastlegt, hier voorgesteld door lijnen van neuronen die achtereenvolgens vuren - in modelvorm:

Hoe het verder ook werkt, het systeem heeft een eigen geheugen, wat bekend is van mensen die door behandeling of hersenbloedingen schade oplopen aan het abstracte geheugen dat loopt via de hippocampous - in dat geval blijft het geheugen voor dagelijkse handelingen onaangetast. Mogelijk is dat de cingulate cortex, een cortexlaag onder de grote en typisch humane neocortex, die gedeeld wordt met voorgaande diersoorten.
Verdere aanwijzingen voor het sequentiële karakter van de patronen is dat na de al dan niet bewuste aanzet het moeilijk is ze te stoppen, en ook moeilijk is om individuele stappen te herinneren. Wat men dan vaak zegt is: "Begin eens bij het begin".

Een voorbeeld van een dagelijkse handeling die voor veel mensen volkomen automatisch verloopt: het uitlaten van de hond. Het automatisme erin werd door cabaretier Rudi Carrell ooit verwoord in de frase "Wie laat wie nu uit?"

Van het bovendeel van het brein is van de buitenkant alleen de neocortex zichtbaar, een uniform vel bestaande uit zes lagen van neuronen waarvan er zo veel nodig is dat het in vele kronkels is gevouwen.
De werking ervan begint met de hippocampus (groen), die de waarnemingen ontleedt in een reeks steeds algemenere, "hogere", reeks: de abstracties. Die worden vervolgens opgeslagen in de rest van de neocortex, aanvankelijk in een tijdsopvolgende reeks, bekend van het fenomeen dat men bij een plotseling (verkeers-)ongeluk ca. 20 minuten herinnering volledig kwijt kan raken.
De werking van de hippocampus is neuron-schematisch weergegeven rechts van het brein.

Dit neuronenschema staat voor de functionaliteit van de hippocampus, groen weergegeven in het brein (linksboven): het ontleden van de waarnemingen in een reeks steeds algemenere, "hogere", concepten, de abstracties - hier in werking:

Op ieder niveau verder worden meer waarnemingselementen bij elkaar genomen waardoor individuele specifieke eigenschappen verdwijnen, en meer algemene overblijven. Dit gaat al snel zo ver dat die algemene eigenschappen niet meer direct aanwijsbaar zijn en daarom "abstract" worden genoemd.
De abstracties kunnen door de mens gecommuniceerd worden in de vorm van "woorden", en de eerste modules voor taal komen in de neocortex vrij snel na de hippocampus.
Het proces werkt twee kanten op: bij het analyseren van waarnemingen richting geheugen wordt begonnen met vele details uit vele waarnemingen waaruit het abstractere patroon wordt gehaald, en bij het instantane waarnemen ten einde de omgeving te herkennen wordt begonnen met de meest abstracte zaken om steeds specifieker te worden: gedaante, mens, man of vrouw, lang of kort, jong of oud, en naarmate bepaalde categorieën worden "aangetikt" worden de bijpassende neurotransmitters aangemaakt.
Vermoedelijk is dat laatste aspect datgene dat het ontstaan ervan heeft gedreven, want hoe sneller een omgeving onderscheiden kan worden in gevaarlijk of juist kansrijk ("Snoek!" of "Voorntje ..."), des te meer kans om er op tijd passend op te reageren.

Bij het neuronale abstractieproces hoort taalkundig de abstractieladder, hier in de archetypische vorm van S. I. Hayakawa , die begint met "Bessie de koe":

"Bessie de koe" is direct met de vinger aanwijsbaar: "Dat is Bessie". Bij "koeien" wordt dat al wat moeilijker, want de vinger moet een zwaaiende beweging maken langs alle koeien in de wei en wijst dus ook allerlei andere dingen aan.
Bij "vee" is dat vrijwel onmogelijk, zonder het (gelijktijdig) hanteren van woorden. "Vee" is een abstractie. Iets dat niet direct aanwijsbaar bestaat.
In het neuron-schema links staat "Bessie" in de bovenste laag, temidden van de andere koeien. De laag daaronder is "koeien", ook hebbende de neuronen voor "paarden" enzovoort.
De derde laag is dus die van "vee".
Het enkele vijfde-laags neuron staat voor alle hogere begrippen, zoals in de oorspronkelijke versie "landbouw", "fortuin", enzovoort.
De abstracte begrippen uit de "hogere" lagen stellen de mens in staat via de woorden die ervoor staan het eigen individuele wereldbeeld te communiceren aan medemensen en omgekeerd andere wereldbeelden te ontvangen, waardoor mensen hun eigen wereldbeeld kunnen aanpassen.
Het is niet mogelijk het belang hiervan te overschatten.
Dat aanpassen van het eigen wereldbeeld kan op twee manieren: richting dichter bij de objectieve werkelijkheid:

, of er verder van af:

Dat eerste is het proces achter wetenschap, verlichting, beschaving, enzovoort, het tweede dat achter religie, ideologie, politieke-correctheid, enzovoort.

De linkerhelft van een van het internet bekende illustratie van de tweedeling in het brein tussen linker- en rechter hersenhelft ... :

... met de linker meer gespecialiseerd in de abstracte zaken.

De rechterhelft van een van het internet bekende illustratie van de tweedeling in het brein tussen linker- en rechter hersenhelft ... :

... met de rechter meer gespecialiseerd in de emotionele zaken.

Dit functionele schema van het brein doorloopt de verschillende fases vanaf waarnemingsimpressies tot aan het beeld dat het bewustzijn ervan vormt.
Het beginpunt is de aardbol links op middenhoogte, gevolgd door waarneming en het evolutionair als eerste ontwikkelde neuronale systeem van ruggemerg en hersenstam: dat van de reflexen, nu nog steeds gebruikt door mensen als snelle reacties noodzakelijk zijn door bijvoorbeeld fysiek gevaar.
Het eerste geïntegreerde beeld van de werkelijkheid ontstaat binnen de eerste grote kern net boven de hersenstam: de thalamus. Deze kan gezien worden als een tussenniveau.
Daarna volgen er twee hoofdcircuits: datgene dat start met de basale ganglia en verdere kernen hier samengevat als het emotieve systeem, en dat startende met de hippocampus die analyseert in abstracte concepten, en de aansluitende neocortex.
Bij de mens heeft de neocortex een groot deel van de lagere functionaliteiten overgenomen, hoewel ze wel door de lagere lagen overruled kunnen worden omdat die sneller reageren dan de neocortex. De hersenstam kan in de enkele tientallen millisecondes werken, het emotieve systeem tussen tientallen en honderden, en bij de neocortex is dat typisch in de duizenden en onbeperkt hoger. Dat laatste hetende "nadenken".
Het nadenken heeft er onder andere toe geleid dat dit schema gebaseerd is op twee hoofdoverwegingen: iedere nieuwe ontwikkeling moet overlevingsnut hebben, en: iedere nieuwe ontwikkeling moet plaatsvinden terwijl het oudere systeem ongestoord blijf doorwerken. Wat onder andere betekent dat "ontwerp" onmogelijk is - ontwerp bestaat uit het bij elkaar laten werken van diverse onderdelen die op zich geen nut hebben zoals bijvoorbeeld de kogels in een kogellager. Dus heeft de natuur niet het wiel uitgevonden, noch de computer, maar wel de mens, en zijn brein.
Deze inleiding concentreert zich op de globale functies: "Waar dient het allemaal voor?". Meer anatomische details staan in een vervolg, te vinden hier .

De uitleg horende bij XXX.

Zie ook aldaar.

En nog veel meer hier.

En hier.

En hier.

En hier.