De Volkskrant, 22-08-2009, door Malou van Hintum 30 jul.2007

Ook bij compartimentalisatie

Hersenonderzoek | Onderzoeker laat zien dat alle hersengebieden 24 uur per etmaal met elkaar communiceren

Netwerk vol verkeersdrukte

Het brein is een netwerk van verbindingen die voortdurend worden gebruikt. Bij intelligente mensen gaat dat beter dan bij anderen.

Tussentitel: Intelligentie zit niet op een specifieke plaats in het brein, maar overal

Ons brein bestaat niet uit onafhankelijk van elkaar opererende hersengebiedjes die alleen actief zijn bij het uitvoeren van bepaalde taken. Het is een geÔntegreerd netwerk waarin alle hersengebieden 24 uur per etmaal met elkaar communiceren. Dat doen ze via wittestofbanen, de informatiesnelwegen van het brein. Hoe directer de verbindingen in het brein zijn, hoe efficiŽnter die communicatie verloopt en hoe beter iemands cognitieve prestaties zijn, oftewel: hoe intelligenter hij is.
   Dat blijkt uit onderzoek van neurowetenschapper Martijn van den Heuvel (1980), die op 3 september aan de Universiteit Utrecht zijn proefschrift The connected brain verdedigt. Hij toont aan dat witte stof en hersenactiviteiten van het brein-in-rust, zogeheten rust-activiteitspatronen, cruciaal zijn voor de - vaak intensieve - communicatie die verschillende hersengebieden met elkaar onderhouden.
    Maar hoe communiceren ze met elkaar, en in welke mate? Heeft elk gebied evenveel contact met de andere? Zijn er clusters van gebieden te onderscheiden? Is de communicatie binnen zulke clusters intensiever dan ertussen?
    'Je kunt het vergelijken met een net van snelwegen', zegt Van den Heuvel. 'Tussen verschillende grote steden liggen snelwegen, dat weten we. Maar worden ze ook gebruikt? En zo ja, hoeveel verkeer vindt er plaats en in welke richting? Zijn er verkeersknooppunten, zien we verkeersluwe routes, en zijn er ook wegen waar het een drukte van belang is? En is er sprake van een optimale, efficiŽnte doorstroming?'
    Om antwoord op zijn vragen te krijgen, deelde Van den Heuvel de grijze stof niet op in 90 gebiedjes, zoals in dit type onderzoek gebruikelijk is, maar in 9.500 stukjes. Zo kon hij veel meer details oppikken dan tot dan toe was gedaan. Met behulp van resting-state fMRI (zie tussenstuk) bekeek hij de verbindingen die al deze stukjes - voxels - met elkaar aangingen bij 50 proefpersonen aan wie was gevraagd rustig te gaan liggen en verder niets te doen (ook niet in slaap te vallen).
    Hij kwam uit op 9.500 x 9.500 verbindingen. 'Daar hebben we een paar flinke nieuwe computers voor aangeschaft, want dit soort berekeningen kost nogal wat rekenkracht. En tijd natuurlijk; waarschijnlijk is dat een van de redenen waarom het nooit eerder zo is gedaan.'
    Niet alleen bleek dat alle hersengebieden in rust - het moment waarop de 'standaardinstelling' van het brein zichtbaar is omdat het geen taken hoeft uit te voeren met elkaar praten. Ook bleek na maanden rekenen dat de intensiteit van dat 'gesprek' tussen hersengebieden verschilt, afhankelijk van de mate waarin ze met elkaar informatie moeten delen.
    Gebieden die bijvoorbeeld motoriek aansturen en daardoor functioneel gezien veel met elkaar te maken hebben, communiceren onderling meer met elkaar dan met gebieden die een andere functie hebben. De wittestofbanen, de informatiesnelwegen tussen die hersengebieden, maken al die communicatie mogelijk. Op die snelwegen is het dus niet  stil als er geen taak wordt uitgevoerd; daar gaat 24 uur per dag verkeer overheen.
    Van den Heuvel: 'En dat is nieuw. We wisten niet dat hersengebieden juist via de wittestofbanen tijdens rust elkaar informatie toesturen.'

Cognitieve prestaties
Van den Heuvels onderzoek leverde nog een spectaculaire ontdekking op: 'We zagen na analyse van de data dat de manier waarop de communicatie in het brein-in-rust verloopt, een goede voorspeller is voor iemands cognitieve prestaties.
    'De intelligentste mensen blijken te beschikken over de meest efficiŽnte breinnetwerken. Daarbij is niet de efficiŽntie van belang waarmee hun hersenen informatie in een hersengebied verwerken, maar juist de mate waarin zij informatie uit veel verschillende hersengebieden bij elkaar kunnen brengen. Hoe beter informatie wordt geÔntegreerd, hoe hoger de kwaliteit van het netwerk en hoe intelligenter iemand is.'
    Het gaat er vooral om dat de langeafstandsverbindingen efficiŽnt zijn. Daarbij is niet hun aantal van belang, maar hoe ze in het brein geplaatst zijn. Het voorbeeld van de snelweg maakt dat duidelijk.
    Met een bepaalde hoeveelheid asfalt kun je op verschillende manieren wegen van de ene naar de andere plaats aanleggen. Moet je via B van A naar C? Of is er ook een directe verbinding? Hoe directer verschillende gebieden met elkaar zijn verbonden, hoe efficiŽnter je brein is georganiseerd. Intelligente mensen hebben dan ook niet meer verbindingen dan anderen, maar betere.

Reisafstanden
Van den Heuvel: 'In het brein gaat het om efficiŽnt, en heel efficiŽnt. Ons onderzoek laat zien dat heel efficiŽnt samenhangt met een hoger IQ: intelligentere mensen hebben de kortste functionele reisafstanden in hun brein. Daardoor kunnen ze waarschijnlijk makkelijker informatie integreren en dus de beste cognitieve prestaties leveren.
    'Dit impliceert ook dat intelligentie niet op een specifieke plaats in het brein te vinden is, zoals vaak is gedacht Die zit juist overal. Dat is een heel nieuw inzicht' Of een intelligent brein efficiŽnt is of een efficiŽnt brein intelligent, is niet duidelijk. 'Het is wel zo dat intelligentie voor een belangrijk deel is aangeboren', zegt Van den Heuvel. 'Dat zou betekenen dat de mate van efficiŽntie ook deels erfelijk is bepaald. Waarschijnlijk worden beide door dezelfde genetische factoren beÔnvloed. Tweelingonderzoek wijst in die richting.' Van den Heuvel hoopt dat longitudinaal onderzoek bij kinderen en pubers, waarbij de aanleg van functionele verbindingen wordt gevolgd, duidelijk kan maken in welke levensfase die verbindingen worden gelegd, en in welke mate training ze efficiŽnter kan maken.

Small world
Van den Heuvels onderzoek maakt duidelijk dat ons brein is gevormd volgens een van de meest efficiŽnte organisatiewijzen die de natuur te bieden heeft: het small world-principe. Dit betekent dat zowel de 'lokale' verbindingen tussen de voxels efficiŽnt zijn, als de 'globale' verbindingen met gebieden verder weg.
    'Je kunt dat vergelijken met het principe every person in this world is only six handshakes away from any other person. Zo is het in het brein ook', zegt Van den Heuvel. 'Elk gebied in het brein kan in relatief weinig stappen heel snel informatie sturen naar elk ander willekeurig gebied.
    'In die small world vinden we (sub )netwerken (ook wel modules genoemd) en enkele cruciale knooppunten of hubs, die alle onderling sterk verbonden netwerken verbinden tot een groot, complex, robuust en zeer efficiŽnt netwerk: onze hersenen.'
    Althans: bij gezonde mensen. Van den Heuvel, die op de afdeling psychiatrie van het Universitair Medisch Centrum Utrecht werkt, wil zijn inzichten gebruiken om te onderzoeken wat er mis is bij mensen bij wie die communicatie niet zo gladjes verloopt.
    'Denk bijvoorbeeld aan mensen met schizofrenie. We weten dat die ziekte gepaard gaat met vermindering van de grijze en witte stof in bepaalde hersengebieden. Bovendien laten de hersenen-in-rust van schizofreniepatiŽnten andere patronen zien dan die van gezonde mens en.
    'Door op voxel-niveau te analyseren wat er in de hersenen van deze mensen gebeurt, kunnen we misschien zien of schizofrenie samenhangt met een verstoorde informatieoverdracht tussen verschillende hersengebieden en meer inzicht krijgen in de oorzaken van deze ziekte.'


Tussenstuk:
Communicatie in het brein

Witte stof, ook wel bekend als de 'bedrading' of 'bekabeling' van het brein, vult bijna de helft van onze hersenen en bestaat uit gemyeliniseerde (van een vette coating voorziene) axonen, de uitlopers van neuronen, die elektrische signaaltjes afgeven en voor alle communicatie zorgen in het brein. Sinds enkele jaren is het technisch mogelijk met behulp van structurele DTI (diffusion tensor imaging, een nieuwe MRI-techniek) wittestofbanen in kaart te brengen.
    Grijze stof zijn de miljarden zenuwcellen die informatie verwerken in het brein en gegroepeerd zijn in verschillende hersengebiedjes. Elke cel heeft via zijn axon tienduizend connecties met andere cellen. Grijze stof heeft die naam omdat de hersenplaatjes van fMRI-scans grijs zijn - met door wetenschappers ingekleurde vlakjes die gebieden markeren die tijdens de uitoefening van een bepaalde taak actief zijn.
    Met zogeheten resting-state fMRI is het mogelijk de spontane activiteit van het gehele brein-in-rust te meten en vervolgens aan de hand van activiteitspatronen van verschillende hersengebieden de mate van communicatie ertussen te bepalen. Dankzij het corpus callosum kunnen de linker- en de rechterhersenhelft informatie uitwisselen; mede dankzij het cingulum communiceren ook de voor- en achterkant van het brein met elkaar.


Naar Psychologische krachten, compartimentalisatie & integratie  , Psychologische krachten  , Psychologie lijst , Psychologie overzicht , of site home .
 

[an error occurred while processing this directive]