Bronnen bij Neurologie, hippocampus: concept-cellen

Binnen de theorievorming omtrent geheugen bestonden en bestaan er twee scholen: die van het gelokaliseerde en het gedelokaliseerde geheugen. Bij een gelokaliseerd geheugen worden de informatie eenheden waar het geheugen mee werkt opgeslagen in een klein aantal specifieke neuronen, en bij het gedelokaliseerde model betreft een groot aantaal neuronen. Populair uitgedrukt: in een gelokaliseerd geheugen kan de je plak waar een herinnering zit "aanwijzen", bij een gedelokaliseerd geheugen kan dat niet. Voor wie bekend is het het begrip "hologram": een gelokaliseerd geheugen is als een gewone afbeelding waarbij de onderdelen van de werkelijkheid die erop staan direct aangewezen kunnen worden, en bij een hologram zijn alle onderdelen verspreid over de hele afbeelding, zodat je in totaal niets herkenbaars ziet, zie de afbeelding rechts. Om de afzonderlijke voorwerpen  te zien, moet er eerst licht door het hologram geworpen worden. Met als bonus dat je die dan ook in de diepte kunt zien.
    De discussie leek in 2005 beslecht te worden met de ontdekking die aangekondigd werd als die van het "Jennifer Aniston-neuron": een specifiek neuron dat afvuurt alleen als je afbeelding van filmster Jennifer Aniston ziet uitleg of detail . En later natuurlijk ook voor andere figuren. Hier ''een van de berichten destijds:

Uit: New Scientist, 22-06-2005, door Anna Gosline

Why your brain has a ‘Jennifer Aniston cell'

...    In the 1960s, neuroscientist Jerry Lettvin suggested that people have neurons that respond to a single concept such as, for example, their grandmother. The notion of these hyper-specific neurons, coined "grandmother cells" was quickly rejected by psychologists as laughably simplistic.
    But Rodrigo Quiroga, at the University of Leicester, UK, who led the new study, and his colleagues have found some very grandmother-like cells. ...
    To investigate further, the team turned to eight patients currently undergoing treatment for epilepsy. In an attempt to locate the brain areas responsible for their seizures, each patient had around 100 tiny electrodes implanted in their brain. Many of the wires were placed in the hippocampus - an area of the brain vital to long-term memory formation.
    They first gave each subject a screening test, showing them between 71 and 114 images of famous people, places, and even food items. For each subject, the researchers measured the electrical activity or "firing" of the neurons connected to the electrodes. Of the 993 neurons sampled, 132 fired to at least one image.
    The team then went back for a testing phase, this time showing participants three to seven different pictures of the initial 132 photo subjects that hit. For example, one woman saw seven different photos of the Jennifer Aniston alongside 80 other photos of animals, buildings or additional famous people such as Julia Roberts. The neuron almost ignored all other photos, but fired steadily each time Aniston appeared on screen.
    The team found similar results with another woman who had a neuron for pictures of Halle Berry, including a drawing of her face and an image of just the words of her name. "This neuron is responding to the concept, the abstract entity, of Halle Berry," says Quiroga. "If you show a line drawing or a profile, it's the same response. We also showed pictures of her as Catwoman, and you can hardly see her because of the mask. But if you know it is Halle Berry then the neurons still fire."    ...

Red.:    Het onderzoek brengt dus hele fijne elektrodes in de hippocampus, en kan op die manier nagaan welke neuronen vuren. Met dus het effect dat specifieke neuronen afvuren bij het zien van een afbeelding van specifieke personen.
    Omdat dit onderzoek vrij sterk invasief is, dat wil zeggen: je moet er mensen voor opensnijden, kon het slechts worden gedaan bij patiënten, in dit geval lijders aan epilepsie, in de hoop iets te kunnen aandoen aan hun kwaal. Het onderzoek naar de werking van het geheugen kan dus niet vaak gedaan worden, en ging langzaam vooruit. In 2013 was er voldoende voortgang geboekt voor een nieuw artikel, door deels dezelfde onderzoekers, in het prestigieuze semi-populair-wetenschappelijk blad Scientific American.

Uit: Scientific American, february 2013, door Itzhak Fried, Rodrigo Quian Quiroga, en Christof Koch.

Brain Cells for Grandmother

Each concept-each person or thing in our everyday experience-may have a set of corresponding neurons assigned to it

Tussentitels: A single neuron that responded to luke Skywalker and his written and spoken name also fired to the image of Yoda.

....    Some years ago - together with Gabriel Kreiman, now a faculty member at Harvard Medical School, and Leila Reddy, now a researcher at the Brain and Cognition Research Center in Toulouse, France - we performed experiments that led to the discovery of a neuron in the hippocampus of one patient, a brain region known to be involved in memory processes, that responded very strongly to different photographs of actress Jennifer Aniston but not to dozens of other actors, celebrities, places and animals. In another patient, a neuron in the hippocampus lit up at the sight of pictures of actress Halle Berry and even to her name written on the computer screen but responded to nothing else. ...
    This kind of observation is made possible by the direct recording of the activity of individual neurons. ... To record the electrical pulses emitted by individual neurons, microelectrodes thinner than a human hair need to be implanted in the brain. This technique is used less commonly than functional imaging, and only special medical circumstances warrant implantation of these electrodes in humans.
    One of those rare circumstances occurs when treating patients with epilepsy. When seizures cannot be controlled with medication, these patients may be candidates for remedial surgery. The medical team examines clinical evidence that can pinpoint the location of the area where seizures start, the epileptic focus, which can potentially be surgically removed to cure the patient. Initially this evaluation involves noninvasive procedures, such as brain imaging, consideration of clinical evidence and the study of pathological electrical activity-a multitude of epileptic discharges that all occur in lockstep-with EEG recordings made from the patient's scalp. But when it is not possible to accurately determine the location of the epileptic focus with these methods, neurosurgeons may implant electrodes de ep in si de the skull to continuously monitor in the hospital brain activity over several days and then analyze the seizures observed.
    Scientists sometimes ask patients to volunteer for research studies during the monitoring period, studies in which a variety of cognitive tasks are performed as brain activity is recorded. At the University of California, Los Angeles, we have employed a unique technique to record within the skull using flexible electrodes with tiny microwires; the technology was developed by one of us (Fried), who heads the Epilepsy Surgery Program at nc.L.A. and collaborates with other scientists from around the world, including Koch's group at the California Institute of  Technology and Quian Quiroga's laboratory at the University of Leicester in England. This technique furnishes an extraordinary opportunity to record directly from single neurons for days at a time in awake patients and provides the ability to study the firing of neurons during various tasks-monitoring the incessant chattering that occurs while patients look at images on a laptop, recall memories or perform other tasks. That is how we discovered the Jennifer Aniston neurons ....

ARE NERVE CELLS such as the Jennifer Aniston neuron the longdebated grandmother cells? To answer that question, we have to be more precise about what we mean by grandmother cells. One extreme way of thinking about the grandmother cell hypothesis is that only one neuron responds to one concept. But if we could fmd one single neuron that fired to Jennifer Aniston, it strongly suggests that there must be more-the chance of finding the one and only one among billions is minuscule. Moreover, if only a single neuron would be responsible for a person's entire concept of Jennifer Aniston, and it were damaged or destroyed by disease or accident, all trace of Jennifer Aniston would disappear from memory, an extremely unlikely prospect.
    A less extreme definition of grandmother cells postulates that many more than a solitary neuron respond to any one concept. This hypothesis is plausibIe but very difficult, if not impossible, to prove. We cannot try every possible concept to prove that the neuron fires only to Jennifer Aniston. In fact, the opposite is often the case: we often find neurons that respond to more than one concept. Thus, if a neuron fires only to one person during an experiment, we cannot mIe out that it could have also fired to some other stimuli that we did not happen to show.
    For example, the day after finding the Jennifer Aniston neuron we repeated the experiment, now using many more pictures related to her, and found that the neuron also fired to Lisa Kudrow, a costar in the TV series Friends that catapulted both to fame. The neuron that responded to Luke Skywalker also fired to Yoda, another Jedi from Star Wars; another neuron fired to two basketbalI players; another to one of the authors (Quian Quiroga) of this article and other colleagues who interacted with the patient at nC.LA., and so on. Even then, one can still argue that these neurons are grandmother cells that are responding to broader concepts, namely, the two blond women from Friends, the Jedis from Star Wars, the basketbalI players, or the scientists doing experiments with the patient. This expanded definition turns the discus sion ofwhether these neurons should be considered grandmother cells into a semantic issue.
    Let us leave semantics aside for now and focus instead on a few critical aspects of these so-called Jennifer Aniston neurons. First, we found that the responses of each cell are quite selective-each fires to a small fraction of the pictures of celebrities, politicians, relatives, landmarks, and so on, presented to the patient. Second, each cell responds to multiple representations of a particular individual or place, regardless of specific visual features of the picture us ed. Indeed, a cell fires in a similar manner in response to different pictures of the same person and even to his or her written or spoken name. It is as ifthe neuron in its firing patterns tells us: "I know it is Jennifer Aniston, and it does not matter how you present her to me, whether in a red dress, in profile, as a written name or even when you call her name out loud:' The neuron, then, seems to respond to the concept-to any representation of the thing itself. Thus, these neurons may be more appropriately called concept cells instead of grandmother cells. Concept cells may sometimes fire to more than one concept, but if they do, these concepts tend to be closely related.

TO UNDERSTAND the way a small number of cells become attached to a particular concept such as Jennifer Aniston, it helps to know something about the brain's complex processes for capturing and storing images of the myriad of objects and people encountered in the world around us. The information taken in by the eyes first goes-via the optic nerve leaving the eyeball-to the primaryvisual cortex at the back ofthe head. Neurons there fire in response to a tiny portion of the minute details that compose an image, as if each were lighting up like a pixel in a digital image or as if they were the colored dots in a pointillist painting by Georges Seurat.
    One neuron does not suffice to tell whether the detail is part of a face, a cup oftea or the Eiffel Tower. Each cell forms part of an ensemble, a combination that generates a composite image presented, say, as A Sunday Aftemoon on the Island of La Grande Jatte. Ifthe picture changes slightly, some ofthe details will vary, and the firing of the corresponding set of neurons will change as weIl.
    The brain needs to process sensory information so that it captures more than a photograph-it must recognize an object and integrate it with what is al ready known. From the primary visual cortex, the neuron al activation triggered by an image moves through a series of cortical regions toward more frontal areas. Individual neurons in these higher visual areas respond to entire faces or whole objects and not to local details. Just one of these high-level neurons can teIl us that the image is a face and not the Eiffel Tower. If we slightly vary the picture, move it about or change the lighting illuminating it, it will change some features, but these neurons do not care much about small differences in detail, and their firing will remain more or less the same-a property known as visual invariance.
    Neurons in high-level visual areas send their information to the medial temporal lobe-the hippocampus and surrounding cortex-which is involved in memory functions and is where we found the Jennifer Aniston neurons. The responses of neurons in the hippocampus are much more specific than in the higher visual cortex. Each of these neurons responds to a particular person or, more precisely, to the concept of that person: not only to the face and other facets of appearance but also to closely associated attributes such as the person's name.
    In our research, we have tried to explore how many individual neurons fire to represent a given concept. We had to ask whether it is just one, dozens, thousands or perhaps millions. In other words, how "sparse" is the representation of concepts? Clearly, we cannot measure this number directly, because we cannot record the activity of aIl neurons in a given area. Using statistical methods, Stephen Waydo, at the time a doctoral student with one of us (Koch) at Caltech, estimated that a particular concept triggers the firing of no more than a million or so neurons, out of about a billion in the medial temporallobe. But because we use pictures of things that are very familiar to the patients in our research - which tend to trigger more responses- this number should be taken strictly as an upper bound; the number of ceIls representing a concept may be 10 or 100 times as smaIl, perhaps close to Lettvin's guess of 18,000 neurons per concept.
    Contrary to this argument, one reason to think that the brain does not code concepts sparsely, but rather distributes them across very large neuronal populations, is that we may not have enough neurons to represent aIl possible concepts and their variations. Do we, for instance, have a big enough store of brain ceIls to picture Grandma smiling, weaving, drinking tea or waiting at the bus stop, as weIl as the Queen of England greeting the crowds, Luke Skywalker as a child on Tatooine or fighting Darth Vader, and so on?
    To answer this question, we should first consider that, in fact, a typical person remembers no more than 10,000 concepts. And this is not a lot in comparison to the billion nerve ceIls that make up the medial temporal lobe. Furthermore, we have good reason to think that concepts may be coded and stored very efficiently in a sparse way. Neurons in the medial temporallobe just do not care about different instances of the same concept-they do not care if Luke is sitting or standing; they only care if a stimulus has something to do with Luke. They fire to the concept itself no matter how it is presented. Making the concept more abstract-firing to aIl instances of Luke-reduces the information that a neuron needs to encode and aIlows it to become highly selective, responding to Luke but not to Jennifer.
    Simulation studies by Waydo underscore this view even further. Drawing on a detailed model of visual processing, Waydo built a software-based neural network that learned to recognize many unlabeled pictures of airplanes, cars, motorbikes and human faces. The software did so without supervision from a teacher. It was not told "this is a plane and that a car:' It had to figure this out by itself, using the assumption that the immense variety of possible images is in reality based on a smaIl number of people or things and that each is represented by a smaIl subset of neurons, just as we found in the medial temporal lobe. By incorporating this sparse representation in the software simulation, the network learned to distinguish the same persons or objects even when shown in myriad different ways, a finding similar to our observations from human brain recordings.

OUR RESEARCH is closely related to the question of how the brain interprets the outside world and translates perceptions into memories. Consider the famous 1953 case of patient H.M., who suffe red from intractable epilepsy. AB a desperate approach to try to stop his seizures, a neurosurgeon removed his hippocampus and adjoining regions in both sides of the brain. After the surgery, H.M. could still recognize people and objects and remember events that he had known before the surgery, but the unexpected result was that he could no longer make new longlasting memories. Without the hippocampus, everything that happened to him quickly feIl into oblivion. The 2000 movie Memento revolves around a character who has a similar neurological condition.
    H.M's case demonstrates that the hippocampus, and the medial temporallobe in general, is not necessary for perception but is critical for transferring short-term memories (things we remember for a short while) into long-term memories (things remembered for hours, days or years). In line with this evidence, we argue that concept ceIls, which reside in these areas, are critical for translating what is in our awareness-whatever is triggered by sensory inputs or internal recall-into long-term memories that wiIllater be stored in other areas in the cerebral cortex. We believe that the Jennifer Aniston neuron we found was not necessary for the patient to recognize the actress or to remember who she was, but it was critica! to bring Aniston into awareness for forging new links and memories related to her, such as later remembering seeing her picture.
    Our brains may use a small number of concept cells to represent many instances of one thing as a unique concept-a sparse and invariant representation. The workings of concept cells go a long way toward explaining the way we remember: we recall Jennifer and Luke in all guises instead of remembering every pore on their faces. We neither need (nor want) to remember every detail of whatever happens to us.
    What is important is to grasp the gist of particular situations involving persons and concepts that are relevant to us, rather than remembering an overwhelming myriad of meaningless details. Ifwe run into somebody we know in a cáfé, it is more important to remember a few salient events at this encounter than what exactly the person was wearing, every single word he used or what the other strangers relaxing in the café looked like. Concept cells tend to fire to personally relevant things because we tYPically remember events involving people and things that are familiar to us and we do not invest in making memories of things that have no particular relevance.
    Memories are much more than single isolated concepts. A memory of Jennifer Aniston involves a series of events in which she-or her character in Friends for that matter-takes part.
The full recollection of a single memory episode requires links between different but associated concepts: Jennifer Aniston linked to the concept of your sitting on a sofa while spooning ice cream and watching Friends.
    If two concepts are related, some of the neurons encoding one concept mayalso fire to the other one. This hypothesis gives a physiological explanation for how neurons in the brain encode associations. The tendency for cells to fire to related concepts may indeed be the basis for the creation of episodic memories (such as the particular sequence of events during the café encounter) or the flow of consciousness, moving spontaneously from one concept to the other. We see Jennifer Aniston, and this perception evokes the memory of the TV; the sofa and ice cream-related concepts that underlie the memory of watching an episode of Friends. ~ similar process mayalso create the links between aspects of the same concept stored in different cortical areas, bringing together the smelI, shape, color and texture of a rose-or Jennifer's appearance and voice.
    Given the obvious advantages of storing high-level memories as abstract concepts, we can also ask why the representation of these concepts has to be sparsely distributed in the medial temporallobe. One answer is provided by modeling studies, which have consistently shown that sparse representations are necessary for creating rapid associations.
    The technical details are complex, but the general idea is quite simple. Imagine a distributed-as opposite of sparse-representation for the person we met in the café, with neurons coding for each minute feature of that person. Imagine another distributed representation for the café itself. Making a connection between the person and the café would require creating links among the different details representing each concept but without mixing them up with others, because the café looks like a comfortabIe bookstore and our friend looks like somebody else we know.
    Creating such links with distributed networks is very slow and leads to the mixing of memories. Establishing such connections with sparse networks is, in contrast, fast and easy. It just requires creating a few links between the groups of cells representing each concept, by getting a few neurons to start firing to both concepts. Another advantage of a sparse representation is that something new can be added without profoundly affecting everything else in the network. This separation is much more difficult to achieve with distributed networks, where adding a new concept shifts boundaries for the entire network.
    Concept cells link perception to memory; they give an abstract and sparse representation of semantic knowledge-the people, places, objects, all the meaningful concepts that make up our individual worlds. They constitute the buil ding blocks for the memories of facts and events of our lives. Their elegant coding scheme allows our minds to leave aside countless unimportant details and extract meaning that can be used to make new associations and memories. They encode what is critical to retain from our experiences.
Concept cells are not quite like the grandmother cells that Lettvin envisioned, but they may be an important physical basis of human cognitive abilities, the hardware components of thought and memory.


To Code a Memory

Neuroscientists ardently debate two altemative theories of how memories are encoded in the brain. One theory contends that the representation of a single memory-the image of Luke Skywalker, for instance-is stored as bits and pieces distributed across millions or perhaps billions of neurons. The altemative view, which has gained more scientifJc credibility in recentyears, holds that a relatively few neurons, numbering in the thousands or perhaps even less, constitute a "sparse" representation of an image. Each of those neurons will switch on to the image of Luke, whether trom a distance or close-up.
Some but not al! of the same group of neurons will also flre to the related image of Yoda.
Similarly, a separate set of specifJc neurons activates wh en perceiving Jennifer Aniston.

Image of Luke Skywalker

Different image of Luke Skywalker



/ ........



, r:~
" &/"
'~ !o.. '-'

// I

Medial temporallobe

Image of Yoda


~ Sparse but Not "Grandmother-Cell" Coding in the Medial Temporal Lobe. R. Quian I Quiroga, G. Kreiman, C. Koch and I. Fried in Trends in Cognitive Sciences, Vol. 12, No. 3, pages ~ 87-91; March 2008.
I Percepts to Recollections: Insights trom Single Neuron Recordings in the Human ~ Brain. Nanthia Suthana and Itzhak Fried in Trends in Cognitive Sciences, Vol. 16, No. 8, pages ~ 427-436; July 16, 2012.
I Concept Cells: The Building Blocks of Declarative Memory Functions. Rodrigo Quian I Quiroga in Nature Reviews Neuroscience, Vol. 13, pages 587-597; August 2012.

i SCIENTIFIC AMERICAN ONLINE I Read an excerpt of Quian Quiroga's book on memory at I ScientificAmerican.com/feb2013/brain-cells

By Rodrigo Quian Quiroga, Itzhak Fried and Christof Koch

Itzhak Fried is a professor of neurosurgery and director of the Epilepsy Surgery Program at the U.C.LA David Geffen School of Medicine. He is also a professor at the Tel Aviv Sourasky Medical Center and Tel Aviv University.

Rodrigo Quian Quiroga, a native of Argentina, is professor and head of the Bioengineering Research Group at the University of Leicester in England. He is author of the recently published Borges and Memory:
Encounters with the Human Brain (MIT Press, 2012). r

Christof Koch is professor of cognitive and behavioral biology at the Califomia Institute of Technology and chief scientific officer at the Allen Institute for Brain Science in Seattle.

Red.:   Het kenmerk van deze fasen is dat een groot deel van deze ontwikkeling los staat van directe invloed van de ouders, dat de stimuli voor de ontwikkeling zitten in emotionele zaken, en dat de ontwikkeling voornamelijk plaatsvindt op het emotionele vlak. In allereerste beginfasen zijn er een aantal aangeboren impulsen (zogen, enzovoort), en daarna speelt hoogstwaarschijnlijk het proces van na-apen de hoofdrol, al was het maar omdat, zoals de naam het zegt, hogere diersoorten een vrijwel identieke fase doormaken, zie de illustratie - let daarbij op de bijna identieke houding en uitdrukking in de ogen (die van het kind kan je er zo bij denken):

In wat hier gebeurt, speelt zich waarschijnlijk af een speciaal deel van het brein, bestaande uit zogenaamde spiegelneuronen, waarin degene die kijkt (apen hebben ook spiegelneuronen) de bewegingen van buurman naspeelt - meer daarover hier  .
    In de ontwikkeling van het mensenkind is er één zaak die volkomen afwijkt van de zoogdierlijke ontwikkeling: die van de taalverwerving. Dat gebeurt dusdanig vroeg, zo rond de twee jaar, en als er nog zo weinig tekenen van invloed van het rationele brein zijn, dat de suggestie van iemand als Noam Chomksi dat het taalvermogen ingebouwd zit, niet geheel onlogisch is. Desondanks lijkt dat toch onwaarschijnlijk, gezien recente aanwijzingen  .
    De volgende fase is de start van de ontwikkeling van het rationele brein. Dat ligt ergens rond de drie tot vier jaar, zoals blijkt uit diverse onderzoeken aan kindergedrag. Zo is er het bekende onderzoek waarvan men zegt dat het aantoont dat kinderen aanvankelijk nog geen besef van conservering hebben. Men giet een glas met vloeistof (frisdrank om de aandacht te verzekeren) over in een nauwer glas, en vraagt een oordeel over de hoeveelheid. Tot aan een zekere leeftijd ziet het kind dit als meer: "Hoger is meer" - zie het filmpje hier  .
    De interpretatie die we hier kiezen is een andere. Wat je hier vermoedelijk ziet, is dat het kind dat denkt dat "hoger in het glas" ook "meer" is, waarschijnlijk gewoon het dierlijke oordeel toepast. Dieren hebben ook een oordeel van wat "meer" is gebaseerd op waarneming. Ooit gezien door de hoofdredacteur is een proefje met de jonge hertjes van een soort waarbij de moeder ter signalering een witte staart heeft. De jonge hertjes werd, naast de staart van hun moeder, een bordje voorgehouden dat beschilderd was met een nog wittere kleur dan de start van de moeder. De hertjes volgden braaf het bordje in plaats van de moeder. Ze hadden een scherp oordeel over de hoeveelheid witheid
    Het dierlijke, emotionele, brein heeft vermoedelijk dus wel een idee van de relatie tussen afmeting en hoeveelheid, maar niet genoeg om de relatie met volume te zien - je zou hun oordeel één-dimensionaal kunnen noemen. Voor de verwerking van "getalsmatige" informatie van meer dimensies is meer rekenkracht nodig, en het zou heel wel kunnen dat die rekenkracht alleen in de menselijke cortex in te vinden.
     Een andere ontwikkeling die rond die tijd plaatsvindt is die van de uitgestelde bevrediging. Een kind krijgt van een assistente een snoepje op een schaaltje aangeboden, met de boodschap dat als het wacht met opeten tot de juffrouw terug is, hij er twee krijgt. Onder een bepaalde leeftijd heeft dat geen zin: het kind propt het snoepje in de mond. Boven een bepaalde leeftijd ook niet: het kind weet dat het "gewoon" even moet wachten. De schakelleeftijd ligt weer rond de drie tot vier - het levert prachtige taferelen op, zie de illustratie rechts en het filmpje hier  .
    Wat hier in werking komt is het deel van het brein dat het emotionele tegen het rationele afweegt. Het emotionele brein ziet alleen het eten, en hapt toe. Zowel bij honden als apen komt het echt niet verder. Sommige dieren maken wintervoorraden aan, maar dat lijkt uitsluitend door de evolutie ontstaan gedrag dat genetisch vastgelegd is, en niet voor aanpassing in de praktijk vatbaar is. De overweging van de beloning in de toekomst lijkt te komen van de prefrontale cortex, een deel van het mensenbrein. De afweging vindt tegen het emotionele oordeel plaats in de anterieure cingulate cortex (ACC), zie hier  .
    Wat verderop ligt de volgende overgangsfase:

Uit: De Volkskrant, 08-09-2009, column door Aleid Truijens


Juichend kwam mijn zoontje thuis. ' Ik heb boom geleerd!' Zijn oudere zus keek verbaasd: 'Je Wist toch allang wat een boom was?' Nee, zei S., niet gewoon boom, hij had b-oo-m geleerd! Een boom gemaakt van letters. Boom was een woord dat je kon zeggen, horen en schrijven. Niet alleen de kastanjeboom voor ons huis, kerstbomen of bomen met appeltjes. B-oo-m betekende elke boom, altijd en overal. Voortaan kon S. alle bomen lezen en schrijven. Een wereld in een lettergreep.
    Grote magie: het woord is meer dan het ding. Het is een verbluffende ontdekking; wat je bedoelt, hoef je niet afzonderlijk aan te wijzen. Voor alle dingen bestaan woorden. Zo'n woord, dat amper plaats inneemt, duidt ontelbare, enorme, piepkleine of onzichtbare dingen aan - het grootste wonder van de menselijke geest. ...

Red.:   Deze stap is de belangrijkste voor het verbale deel van het denksysteem. Deze stap volgt op het woord dat direct verbonden is met de werkelijkheid, het woord dat zegt "boom" onder tegelijk aanwijzen van die boom, en  creëert een woord voor alle bomen, het abstracte verzamelwoord    - de eerste stap op weg naar nog veel meer van dit soort stappen, leidende tot de abstractieladder  .
    Hetgeen zich natuurlijk allemaal afspeelt op het niveau van de neuronen:

Uit: De Volkskrant, 28-04-2012, door Malou van Hintum

Als hersenen de ruimte krijgen

De verbindingen in de hersenen liggen rond het 23ste levensjaar vast. Toch kunnen we ook daarna nog steeds nieuwe dingen leren. Hersenwetenschappers ontdekten hoe dat kan.

Hersenen van volwassenen behouden hun leervermogen, maar hoe doen ze dat? Hersenonderzoeker Christiaan Levelt ontdekte dat het verdwijnen van remmende contacten in het brein daarvoor cruciaal is - contacten die in het jonge brein juist nodig zijn om bepaalde ontwikkelingsstoornissen te voorkomen. Dat blijkt uit onderzoek dat deze week in het wetenschappelijke tijdschrift Neuron is gepubliceerd.
    In het ingewikkelde verkeersnetwerk dat ons brein is, kunnen jonge hersenen gemakkelijker (nieuwe) verbindingen leggen dan oude. Die verbindingen liggen, afhankelijk van de hersenfunctie waar het om gaat, op een bepaald moment grotendeels vast. Voor complexe functies als besluitvorming en impulscontrole is dat vrij laat: de aanleg van de prefrontale cortex waarin die functies liggen, is pas rond het 23ste jaar klaar.
    Verbindingen die te maken hebben met basale hersenfuncties als zien en horen, zijn rond het achtste levensjaar 'af'. Om die reden zijn basale hersenfuncties die niet goed zijn aangelegd, bij volwassenen lastiger te repareren. Ze vormen als het ware de fundering van het brein.   ...

Red.:   En je mag veilig aannemen dat dit geldt voor vele andere neuronale hoofdstructuren en bijbehorende ontwikkelingsstappen.
    Deze voorbeelden laten ook onmiddellijk het belang van dit soort kennis voor ons onderwijs zien. In het kader daarvan wat meer over de volgende fasen:

Uit: Psychologie Magazine, juni 2009, door Floor van den Hout

Wat is er mis met ons onderwijs

Kinderen leren tegenwoordig niks meer op school, wordt vaak verzucht. Nieuw hersenonderzoek wijst uit dat dat amper hun eigen schuld is. Zes redenen waarom ons onderwijs niet goed aansluit op het kinderbrein.

Tussentitels: Een kind dat nog niet aan bepaalde vaardigheden toe is, moet je daar niet
                   mee lastigvallen
                   Hoe rijper het brein, hoe solider de keuzes. Graag even wachten dus met
                   het kiezen van alfa of bèta
                   Voor laatbloeiers heeft de Cito-toets een ongelukkige timing    ...

Schoolverlaters kunnen niet rekenen en niet spellen, ze weten niet wat de hoofdstad is van Albanië, en een idee over wat ze later willen worden hebben ze al helemaal niet. Daar kun je bezuinigingen op het onderwijs de schuld van geven, of eindeloze onderwijsvernieuwingen. Maar je zou onderwijs ook eens vanuit een heel ander perspectief kunnen bekijken. Is het mogelijk dat de manier waarop kinderen - of liever gezegd hun hersenen - zich ontwikkelen niet zo goed past bij de aangeboden lesstof?
   Door ontwikkeling van verfijnde scanapparatuur zijn neurowetenschappers de laatste jaren veel te weten gekomen over hersenontwikkeling. De belangrijkste ontdekking is dat het brein bij onze geboorte nog niet 'gerijpt' is. Sommige structuren zijn dan al redelijk af, terwijl andere gebieden pas rond het vijfde, achtste, vijftiende of zelfs pas na het twintigste jaar rijpen.
    Deze hersenrijping volgt bij iedereen min of meer hetzelfde patroon, maar dat neemt niet weg dat er grote individuele verschillen zijn. Er zijn kinderen die al op jonge leeftijd uit zichzelf met getallen in de weer zijn. Voorspelt dat een wiskundeknobbel? Niet per se. Het geeft in ieder geval een vroeg begin van de ontwikkeling aan. Sommige breinen nemen een vliegende start en stagneren later, andere breinen kabbelen in rustig tempo door, en voor weer andere breinen geldt dat ze traag op gang komen en later een sprintje trekken.
    De vraag is wat deze herseninzichten kunnen vertellen over de manier waarop ons onderwijs is ingericht: leren kinderen op het juiste moment de juiste vaardigheden? Wat gebeurt er als je een 'traag' brein lastigvalt met dingen waar het nog niet aan toe is? Moet je een jongens- en een meisjesbrein anders lesgeven? En wat kan een puberbrein zoal leren en wat juist niet? Psychologie Magazine ging op bezoek bij hersenonderzoekers en zocht het uit.

Laatbloeiers moeten te vroeg rekenen
Hersenen ontwikkelen zich in hun eigen tempo, maar op school worden ze in een strak geregisseerd onderwijsprogramma gedwongen. Dat is niet, zo slim, zegt Jelle Jolles, hoogleraar 'Hersenen, gedrag en educatie' aan de Vrije Universiteit Amsterdam. Hij doet al jaren onderzoek naar hoe hersenen- zich ontwikkelen en welke lessen daaruit te trekken vallen voor het onderwijs. 'Een brein dat nog niet toe is aan bepaalde vaardigheden moet je niet forceren in bepaald tempo. Het kan zelfs averechts uitpakken. Als je kinderen wier brein nog niet toe is aan hogere cognitieve functies lastigvalt met abstract redeneren en logica, loop je kans op rekenangst. Dat zijn de "dat-kan-ik-toch-niet-kindjes" die de rest van hun leven denken dat ze niet kunnen rekenen. Hartstikke zonde. Laatbloeiers kunnen heus goed leren rekenen, maar je moet geduld met ze hebben.'    ...

Talenonderwijs begint te laat
In groep 7 krijgen de meeste kinderen Engelse les en pas op de middelbare school volgen Frans en Duits. Vanuit het brein gezien is dat niet zo'n goede timing, weten mensen die bij de boulangerie op het Franse dorpsplein ieder jaar weer une pain du stok bestellen.
    Eveline Crone, hoogleraar neurocognitieve ontwikkelingspsychologie aan de Universiteit Leiden, legt uit waarom: 'Hersenen kunnen zich niet op eigen kracht ontwikkelen. Ze hebben prikkels uit de omgeving nodig. Voor het aanleren van taal gelat een vrij strikte "gevoelige periode": wie niet vóór zijn zesde wordt gevoed met talige prikkels zal nooit meer in staat zijn een taal vloeiend te spreken.' Voor tweede of derde talen zijn de hersendeadlines minder stringent. Over het algemeen geldt dat je voor de puberteit relatief moeiteloos een andere taal dan je moerstaal kunt leren spreken. Daarna krijgt het brein het steeds lastiger - en juist dan pas leren de meeste kinderen op school hoe je een baguette bestelt.   ...

Kinderen moeten te jong kiezen
Geholpen door een flinke dot geslachtshormonen slaan jongeren op de middelbare school aan het puberen. Crone: 'De frontaalkwab, het gebied dat verantwoordelijk is voor logisch redeneren, organiseren, strategisch denken, beslissingen nemen en impulsen weerstaan, rijpt gradueel; in de puberteit is die rijping nog lang niet klaar. Maar intussen krijgt het emotionele brein onder invloed van hormonen wel een plotselinge douw. De verhouding ratio-emotie bij pubers is daardoor nogal eens scheef. Het ene moment lijken ze heel volwassen; dan domineert de frontaalkwab. Maar soms neemt het emotionele brein de regie en denk je: wat is hier aan de hand?'    ...

Naar Neurologie, beslissingen  , Psychologie lijst  , Psychologie overzicht  , of site home


7 jun.2009