WERELD & DENKEN
 
 

Neurologie: hippocampus

15 jul.2010; 2 jun.2013

Van emotie-organen:





De hippocampus is één van de structuren van het brein waarvan de functie het meest bekend is, als hebbende een essentiële rol in het geheugen. De ontdekking van de relatie tussen de hippocampus en het geheugen is net als bij zo veel van de andere neurologische ontdekkingen het gevolg van een geval van schade door ziekte of ongeluk, in dit geval in een extreme mate:


Uit: De Volkskrant, 20-04-2013, door Tonie Mudde

Een geheugen van 30 seconden

Voor Henry Molaison stopte de tijd in 1953. In een experimentele poging hem te verlossen van epileptische aanvallen sneed een chirurg destijds aan beide kanten van zijn brein een stuk weg ter grootte van een flinke golfbal. De aanvallen verdwenen, maar Henry verloor ook het vermogen nieuwe herinneringen aan te maken.
    Tragisch voor Henry, maar voor wetenschappers was de ingreep een geschenk uit de hemel. H.M. - zoals hij tot zijn dood in 2008 bekendstond in de medische literatuur - is de meest bestudeerde patiënt uit de hersenwetenschap.
    Komende maand verschijnt Permanent present tense: The unforgettable life of the amnesic patient H.M. Het is geschreven door Suzanne Corkin, een neurowetenschapper bij het Amerikaanse instituut MIT. Dertig jaar lang deed ze onderzoek bij H.M., en vlak na zijn dood lichtte ze zijn schedel door in een MRI-scanner. Ze komt ook aan het woord in de Labyrint-documentaire De man zonder geheugen, die deze zondag wordt uitgezonden op Nederland 2.
    Een typisch gesprek met Henry ging zo:
    'Henry, wie is de president van de Verenigde Staten?'
    'Dwight Eisenhower.'
    'Nee, dat was in 1953. We leven in 2004. Nu heet de president George Bush. Hoe heet de huidige president?'
    'George Bush.'
    Zo'n nieuwe naam kon hij 30 seconden vasthouden. Daarna heette de president weer Eisenhower, zoals in het jaar dat een chirurg het mes zette in Henry's brein. Door de gevolgen van die ingreep ontdekten wetenschappers hoe de hippocampus - die Henry aan beide kanten miste - een hoofdrol speelt bij het opslaan van informatie in het langetermijngeheugen.    ...


Red.:   De hippocampus speelt dus een essentiële rol bij het vormen van herinneringen. Maar het is niet de plaats van opslag:


Uit: CNN.com, 04-12-2009, door Elizabeth Landau

Brain of world's best-known amnesiac mapped

Henry Molaison, known as H.M. in scientific literature, was perhaps the most famous patient in all of brain science in the 20th century.   ...
    The result was that, after the surgery, the patient could not form new memories that lasted more than 20 or 30 seconds, Corkin said. The operation did, however, succeed in reducing his seizures, and "he paid a high price for that benefit," she said.    ...
    "If you asked him how old he was, he always guessed younger, but he never said 27," which is how old he was at the time of the surgery, Corkin said.
    Even before the operation, Molaison enjoyed doing crossword puzzles and believed they helped his memory, Corkin said. He could retrieve any word he knew before the brain surgery but could not learn any words that came into his vocabulary afterward. He spent a lot of time at home doing these puzzles and watching television, she said.   ...


Red.:   De herinneringen worden dus elders opgeslagen, na door de hippocampus verwerkt te zijn. De hippocampus is dus een operationele module in de werking van het geheugen.
    Als de hippocampus een module voor verwerking is, is de volgende vraag: wat verwerkt de hippocampus? Het antwoord daarop volgt onmiddellijk uit de ervaringen met Molaison: deze kon zaken gedurende ongeveer 30 seconden vasthouden, dus wat de hippocampus verwerkt moet zich afspelen in die tijd of minder. Dat kunnen dus nooit bewuste gedachten of iets dergelijks zijn, want die duren langer. Wat zich op die tijdschaal afspeelt, zijn "ervaringen". Gewone waarnemingen en interacties met de omgeving. Het gesprek over Amerikaanse presidenten waarvan gewag wordt gemaakt in het eerste citaat. En het is uiterst onwaarschijnlijk dat die ervaringen zich zouden beperken tot datgene dat verbaal geuit werd. Onder "ervaringen" verstaat met gewoonlijk het geheel van de gedurende de relevante tijd beleefde interactie met de werkelijke wereld. Welke logische conclusie terug te vinden is in het volgende citaat uit het Wikipedia-item:

  The third important theory of hippocampal function relates the hippocampus to space. The spatial theory was originally championed by O'Keefe and Nadel, who were influenced by E.C. Tolman's theories about "cognitive maps" in humans and animals. O'Keefe and his student Dostrovsky in 1971 discovered neurons in the rat hippocampus that appeared to them to show activity related to the rat's location within its environment. Despite skepticism from other investigators, O'Keefe and his co-workers, especially Lynn Nadel, continued to investigate this question, in a line of work that eventually led to their very influential 1978 book The Hippocampus as a Cognitive Map. As with the memory theory, there is now almost universal agreement that spatial coding plays an important role in hippocampal function, but the details are widely debated.

Natuurlijk is het namelijk zo dat die ervaringen zich afspelen in een geometrische wereld zoals ervaren door het brein, en dus wordt ook díe informatie opgeslagen bij de ervaring als geheel. Waarvan ook experimenteel bewijs is:


Uit: DePers.nl, 20-08-2009.

Diepe slaap zorgt voor herinnering

... ervaringen dienen opgeslagen te worden. En liefst zo goed mogelijk. En dan niet alleen wat er gebeurde, maar ook wáár dat genoegen zich voordeed. ... Carien Lansink, promovendus aan de Universiteit van Amsterdam, heeft dat experimenteel aangetoond.
    Lansink en vier andere medewerkers van het Swammerdam Institute for Life Sciences voorzagen vier ratten van elektroden waarmee ze de elektrische activiteit van groepen neuronen konden meten in de hippocampus en in het ventrale striatum, een stukje brein dat informatie vastlegt over ... ervaringen en beloningen. De ratten leerden eerst een parcours ‘uit het hoofd’ waarbij ze, aan het eind, lekkere hapjes konden vinden. Wanneer ze vervolgens gingen slapen, werd de hippocampus actief.
    ... tijdens de diepe slaap ... leken de elektrische patronen die Lansink registreerde, sterk op de patronen overdag, wanneer de ratten het parcours moesten leren. ... Tijdens de diepe slaap, zo constateerde Lansink, wordt ruimtelijke informatie ... aan beloningsinformatie gekoppeld ...


Red.:   Waarmee ook het ultieme evolutionaire aspect van geheugen geïntroduceerd is: het moet ergens toe dienen. In dit geval, eenmaal benoemd, overduidelijk: het verbeteren van gedrag. Gedrag dat leidt tot voor het overleven gunstige zaken wordt bevorderd, en gedrag dat daarvoor ongunstig is, wordt tegengegaan. Het eerste noemt de daarover praten mens "beloning", het tweede "bestraffing". Beide zijn doodgewoon niets meer dan signalen, stofjes, neurotransmitters in het brein, die aangeven of bepaald gedrag is uitgelopen op voor het overleven gunstige zaken: voedsel, paring, enzovoort, of ongunstige zaken: gebrek aan voedsel, geen paring, diverse vormen van beschadiging. Meer over dit aspect van de zaak later en elders.
    Termen als "beloning", en dergelijke zijn op de mens gecentreerde begrippen, die door mensen normaliter vertaald worden in "emoties", waarvan men denkt dat dieren die niet hebben. Flagrante onzin want het gaat over identieke neurologische processen, maar wel algemeen inburgerde onzin, vandaar het wegfilteren alhier van de menselijke, "emotionele", uitdrukkingen in de citaten.
    En omdat de achterliggend neurologische processen sterk op elkaar lijken, kan je wat het experiment bij ratten heeft laten zien, ook terugzien bij mensen:


Uit: DePers.nl, 01-12-2011, door Marcel Hulspas

Eh, wat kwam ik hier ook alweer doen?

Kent u dat? U bent in huis, en u besluit iets uit de schuur te halen, of uit een andere kamer. Maar daar aangekomen heeft u werkelijk géén idee wat u er komt doen...

Amerikaanse psychologen zijn er in geslaagd het irritante verschijnsel te verklaren dat u naar een andere ruimte loopt en geen idee meer heeft wat u er komt doen. ...
    Het komt door de deur, zegt psycholoog Gabriel Radvansky van de University of Notre Dame, in Indiana. Wie door een deur gaat, krijgt automatisch last van geheugenverlies.  ... In een van zijn experimenten liet hij zijn proefpersonen een aantal voorwerpen in een doos stoppen, en daarna moesten ze een stuk lopen. Sommigen bleven daarbij in dezelfde ruimte; anderen liepen dezelfde afstand een aangrenzende kamer in. En daarna werd hen gevraagd op te sommen wat er ook alweer in de doos zat.
    Radvansky ontdekte dat niet de afstand die zijn proefpersonen hadden gelopen, maar puur het feit dat ze naar een andere ruimte waren gegaan, voldoende was om het geheugen in de war te schoppen. Wat in het geheugen ‘zit’, behoort voor ons onbewuste brein blijkbaar bij de kamer waar het is ‘opgeslagen’ en die informatie werd een stuk moeilijke bereikbaar zodra we die kamer verlaten.    ...


Red.:   Precies dus zoals het werkt bij de ratten: informatie van wat er in de doos is gestopt, wordt gekoppeld aan de locatie, tot een geheel te benoemen als "ervaring". Verander je de locatie, dan moet je dieper graven in de opslagen ervaringen, en wordt het ook moeilijker ook de rest van de eerdere ervaring te vinden.
    En dit kom nog verder gespecificeerd worden:

  Maar wat is nu het cruciale punt? Vergeten we omdat we in een nieuwe omgeving terechtkomen, of omdat we de oude omgeving verlaten?
    Die eerste mogelijkheid is een oude bekende. Iedereen weet dat het geheugen beter werkt in de ruimte waarin iets ook echt is geleerd. Studenten bijvoorbeeld kunnen thuis aan hun bureau feilloos van alles opdreunen, maar eenmaal in de tentamenzaal, in die volkomen andere omgeving, laat hun geheugen hen spontaan in de steek.
    Radvansky wilde weten of dat fenomeen hier ook het geval was. Was de informatie alleen maar tijdelijk ‘weggestopt’ en kwam ze weer boven wanneer de proefpersonen in de oorspronkelijke ruimte terugkeerden? Om dat te onderzoeken deed hij nog een experiment. En dat had een verrassende uitkomst.
    Hij liet zijn proefpersonen weer een aantal voorwerpen in een doos stoppen en ze daarna een parcours door het huis afleggen, door verschillende kamers – om uiteindelijk terug te keren in de eerste kamer, bij de doos. Daar werd hen gevraagd wat ze er in hadden gestopt. En toen bleek dat met elke deur waar de proefpersonen door moesten lopen, hun herinnering aan de inhoud weer een beetje achteruitging. En de terugkeer in de oorspronkelijke kamer bracht géén ‘terugkeer’ van hun geheugen. Wat het brein weggestopt had, was (bijna) definitief weg.

Dat laatste behoeft verder onderzoek. Want de ervaringen met Henri Molaison laten zien dat tijd hierin een cruciale rol speelt. Als de 30 seconden die Molaison nog kon onderhouden ook de verwerkingtijd van de hippocampus is, kan het best zijn dat door het variëren van de tijd doorgebracht in de verschillende ruimtes, de mate van herinnering ook varieert.
    Maar waarom gebeurt er überhaupt iets met één aspect van een nog niet definitief opgeslagen ervaring als een ander aspect verandert? Voor de verklaring daarvan is een ander beroemd geheugenexperiment behulpzaam. En weer begint het met epilepsiepatiënten:
 

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

Why your brain has a ‘Jennifer Aniston cell'

...    Rodrigo Quiroga, at the University of Leicester, UK, who led the ... study, and his colleagues ...
    ... 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.:   Deze uitkomst kan nooit het hele verhaal zijn, omdat levende cellen een redelijk beperkte levensduur hebben. Eén dode cel, en de hele herinnering aan Jennifer Aniston zou verdwijnen. Nader onderzoek was dus nodig, maar lastig. Want dit soort onderzoek, waarvoor dus hele fijne elektrodes in de hippocampus ingebracht moeten worden, is dus vrij sterk invasief, dat wil zeggen: je moet er mensen voor opensnijden. Het kon dus slechts worden gedaan bij patiënten, in dit geval lijders aan epilepsie, in de hoop iets te kunnen doen aan hun kwaal. Maar het onderzoek 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. De inleiding met de voorgeschiedenis en de resultaten tot dusver kan overslagen worden - de titel doelt op de oude term voor het één-cel-per-persoon concept: de "grootmoeder"-cel, staande voor de herinnering aan grootmoeder. Ook deze onderzoekers achten dit onwaarschijnlijk:
 

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

Brain Cells for Grandmother

...     A less extreme definition of grandmother cells postulates that many more than a solitary neuron respond to any one concept. This hypothesis is plausible 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 rule 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 basketball players; another to one of the authors (Quian Quiroga) of this article and other colleagues who interacted with the patient at U.C.L.A., 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 basketball players, or the scientists doing experiments with the patient. This expanded definition turns the discussion of whether 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 if the 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 ... Concept cells may sometimes fire to more than one concept, but if they do, these concepts tend to be closely related.    ...


Red.:   Daarna leggen de auteurs concepten uit die op deze website al zijn behandeld en gebruikt: waarnemingen door het oog komen niet pixel-voor-pixel aan in de hersenen, maar opgedeeld in begrippen: lijnen, vlakken enzovoort
uitleg of detail . De vertaling van pixels naar lijnen enzovoort gebeurt achter het oog => . Dit zijn in feite ook concepten. Abstracties die geconstrueerd worden uit het complete beeld. Dit volgens het recept zoals ook gebruikt voor het construeren van de taalkundige context geformuleerde "abstractieladder", uitgewerkt hier  . Toegepast op het citaat hierboven: uit de combinatie "Luke Skywalker, Yoda, Obe One Kenobi enzovoort" kan je het concept of de abstractie "Star Wars figuur" construeren. De cortex doet iets dergelijks met de informatie komende van het oog - uit het Scientific American-artikel:

  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 tell 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.

Dit allemaal gelezen hebben, zou je achteraf bijna zeggen: vanzelfsprekend. Het is doodgewoon de manier waarop je hoogontwikkelde en rijk-gedetailleerde situaties aanpakt: proberen in te delen in onderdelen en aspecten, en die in hiërarchie en belang te organiseren => (sterke interactie). Vooral als je met vele van dit soort situaties te maken hebt, zoals vele achtereenvolgende beelden: dan is het zeer behulpzaam als je voor de verwerking van die beelden al eerdere bekende concepten kan gebruiken. Zodat je niet iedere detail van iemand hoeft te zien om hem onmiddellijk te herkennen - een paar basiskenmerken zijn voldoende.
    En, bijna vanzelfsprekend omdat het een systeem-eis is, geldt dit ook voor het verwerken van ervaringen, ook voor een groot deel bestaande uit beelden. Zodat dus voor de twee actrices uit Friends met licht gekleurde haren het gezamenlijke concept van "blondheid" gebruikt kan worden. Waarna, als je dit concept gebruikt, "iedereen" er achteraf commentaar op levert, onder het motto: "Je doet aan vooroordelen". En het bestaan van "vooroordeel" in zijn talloze vormen en variaties is een praktisch bewijs van dat het inderdaad zo werkt.
    Eenmaal in zo veel detail over het proces van ervaringen en geheugen pratende, en dus beseffende hoe sterk de stroom aan informatie is die binnenkomt, en hoe snel het brein in staat is daar wegwijs in te vinden, bijvoorbeeld bij de herkenning van een persoon of een stuk muziek, moet wel het besef opkomen dat die verwerking dus allemaal wel supersnel moet gaan. Waarop onmiddellijk de vraag oprijst: hoe kan dit allemaal zo snel verlopen?
    Waarop er een eerste, systeem-gerelateerde, oplossing: door zo veel mogelijk tegelijkertijd te doen - wat in de computertechniek bekend staat als parallel computing en distributed computing. En voor de tweede doen we eerst een beroep op iets dat nauwelijks een toeval kan zijn: bij beide genoemde onderzoeken naar geheugen hadden we te maken met epilepsie. En iedereen weet wel ongeveer wat epilepsie is: er ontstaat een soort stroom in de hersenen. Een niet meer te stuiten stortvloed van golven die het hele brein eerst laten schudden en daarna plat leggen. Wat tijdje duurt, en daarna vanzelf weer tot rust komt, waarna er niet sprake is van ernstige blijvende schade (behalve dan mogelijkerwijs door het tijdelijke gebrek aan controle). Het is echt een tijdelijke storm. Nu kennen de meeste mensen die in een vorm van  techniek werken wel voorbeelden te vinden van hetzelfde en weten ook hoe je zo'n storm opwekt: het proces van zelfversterking. Wil je met een niet erg krachtige versterker toch een krachtig signaal maken, dan neem je signaal dat eruit komt, en voer je weer terug naar de ingang. Binnen de kortste tijd staat het systeem te loeien zo hard het maar kan, bij de meeste mensen wel bekend als wat er gebeurd als je een microfoon voor een luidspreker houdt die het geluid van de microfoon weergeeft - en daar een versterker tussenzit wat altijd het geval is.
     Hier is dus een manier om de doorloop van de signalen waaruit te ervaringen bestaan zo snel mogelijk te filteren, zo snel mogelijk iets bekends uit te halen, en zo snel mogelijk het geheugen te krijgen voor de volgende reeks ervaringen binnenkomt: laat het zichzelf versterken. Maar dan natuurlijk wel zodanig dat het net binnen de perken blijft.
    Een suggestie van deze aanpak is te vinden in het rattenexperiment van Lansink: 
  Haar onderzoek toont ook voor het eerst aan dat de hippocampus bij dit proces als eerste actief wordt. Die begint zijn ruimtelijke ‘herinnering’ te reactiveren en stimuleert andere gebieden.

Neem dit aan: dat er binnen de hippocampus sprake is van een zelfversterkend proces dat dicht bij zijn oversturing staat, en het is begrijpelijk dat het verwijderen van de hippocampus inderdaad wel de epilepsie oplost. En het is dan ook begrijpelijk dat epilepsie, in zijn diverse vormen, de meest voorkomende kwaal van de geest is (bron verloren gegaan, maar in Engelstalige landen wordt bij televisie-reportages met daarin voorkomen foto-flitsbelichting ("flash photography") vooraf gewaarschuwd, in verband met de hoge mate van epileptische gevoeligheid bij de gemiddelde bevolking).
    Toen dit allemaal al was geschreven, werd er door de redactie nog eens door de aangelegde voorraad artikelen gekeken. Waarop duidelijk werd dat er een kans was gemist. Want neem het vorige model aan. Dan is het duidelijk dat het kunnen gebruiken van hogere abstracties een nuttige functie heeft. Ook is uit ervaring alom bekend dat het hanteren van hogere abstracties een moeilijke zaak is. Die meer moeite en meer ruimte zou vragen voor de hippocampus. Dat zou een voorspelling hebben kunnen zijn. Hier is het onderzoek:


Uit: De Volkskrant, 02-05-2013, van verslaggever Marc Seijlhouwer

Knobbel voorspelt wiskundetalent

De wiskundeknobbel bestaat echt: kinderen met een grotere hippocampus steken meer op van wiskundebijles. Dat hebben wetenschappers van de Stanford University ontdekt door te kijken naar hersenscans van 8- en 9-jarigen. Ze publiceerden hun bevindingen deze week in PNAS.
    Aan het onderzoek werkten 24 kinderen mee. Ze werden in een MRI-scanner gelegd. Vervolgens kregen ze acht weken lang intensief wiskundebijles. Na de bijles bekeken de wetenschappers wat de kinderen hadden geleerd. Ze zagen iets opvallends: de kinderen die het meest hadden geleerd van de bijles, hadden op de hersenscans een grotere hippocampus.   ...
    Naast de grootte van de hippocampus was ook het aantal verbindingen naar andere hersengebieden vanuit de hippocampus een indicatie van de leervaardigheid.    ...
    Hoogleraar Leon Kenemans van de Universiteit Utrecht vindt het een mooi onderzoek. 'Het resultaat klinkt erg plausibel. De hippocampus zorgt er namelijk voor dat herinneringen worden aangemaakt en leren is niets meer dan herinneringen maken.'


Red.:   En even nog afspiegelen tegen andere factoren:

  Opvallend is dat voor de hand liggende zaken, zoals IQ en geheugen, geen goede voorspellers zijn van wiskundevaardigheid. Intelligentere kinderen namen bij dit onderzoek niet meer wiskunde in zich op tijdens de bijles.

Oftewel: de voorspelling van het model is uitgekomen: hogere concepten, meer hippocampus nodig. De hippocampus verwerkt onder andere ervaringen tot concepten.
    Maar de hippocampus speelt meerdere rollen. Want de stroom informatie verbonden aan dagelijks ervaringen kan ook op topsnelheid niet in zijn geheel door het brein verwerkt worden. Of in andere termen: er is altijd behoefte aan meer verwerking, want meer verwerking betekent beter voorbereid zijn voor nieuwe dagelijkse ervaringen. Wie als kustbewoner bij een zware aardbeving niet meteen de bergen in vlucht, verdrinkt in de eropvolgende tsunami. Wie dat wel heeft geleerd, overleeft.
    Die behoefte aan verdere verwerking botst principieel met de behoefte om aandacht te houden voor wat er nú weer aan het gebeuren is - de aandacht voor het hier en nu. Een botsing die in de praktijk varieert, want de behoefte aan verwerking hangt af van het soort ervaring, en de behoefte aan aandacht voor het hier en nu hangt af van talloze zaken. In de duisternis is deze behoefte gewoonlijk een stuk minder, omdat roofdieren meestal hun zichtvermogen gebruiken.
    Het principiële conflict is zo goed mogelijk opgelost door een systeem van tijdelijke opslag en uitgestelde evaluatie. Dat lijkt te gaan in drie trappen. Als eerste de 30 seconden tot enkele minuten die ervaringen bekend blijven ook zonder hippocampus, bekend als het korte-termijn geheugen. Dan is er een tussenfase van in de 20 minuten tot een half uur, nauwelijks of niet als zodanig beschreven in de neurologie maar bekend bij (bijna) alle didactici en leraren als de maximale periode dat je iets aandachtig kan volgen - daarna is er kennelijk een buffer vol en is een pauze noodzakelijk. En als derde is er het ongeveer levenslange langetermijn-geheugen. En mogelijkerwijs is er tussen twee en drie nog een tussenvorm maar daarover verderop meer.
    Ook hiervoor zijn bewijzen uit dierproeven. Eerst de korte-termijnstap:


Uit: Livescience.com, 12-02-2006, door Ker Than uitleg of detail

Mind Rewind: Brains Run in Reverse

When faced with a new learning task, our brains replay events in reverse, much like a video on rewind, a new study suggests.     ...
    The finding was detailed in a Feb. 12 online issue of the journal Nature.
    The researchers measured brain activity in rats as the animals ran back and forth on a linear track. Specifically, they monitored a brain region called the hippocampus, which is known to be important for memory and navigation in both rats and in humans.
    When the rats completed a lap, they were given a food reward. After eating, the animals would pause briefly before starting another lap. Outwardly, the rats didn't seem to be doing much during these rest periods. They would fidget, groom or remain still. The brain recordings told a different story, however. During times of rest, a rat's hippocampus was a hotbed of activity.
    As the rodents ran up and down the track, hippocampal cells fired in certain patterns. This sequence of firing repeated when the animals rested, but in reverse order. The reverse-replays were repeated several times; each replay took only a few hundred milliseconds.
    "In that compressed time, the rat is replaying the entire track from where it currently is all the way back to the very beginning," said study team-member David Foster from the Massachusetts Institute of Technology. "This result suggests that the immediate experience is actually recapitulated several times. The processing going on outside of the original experience may be important for learning."     ...


Red.:    Dat 'may be' uit 'may be important for learning' kan gevoeglijk worden weggehaald. Hier wreekt zich wat betreft de auteurs van deze zin het besef van wat "leren" is. De term "leren" is een slechts een aanduiding voor een ingewikkeld proces, maar vanwege het veelvuldige gebruik ervan, wordt bij gebruik van de term niet meer beseft voor welk ingewikkeld proces het staat. Ga je het volledig uitschrijven komen daar ongetwijfeld termen als "herhaling" en/of "in gedachten opnieuw doen" in voor.
    Het belangrijkst dat uit deze proef volgt, en achteraf bijzonder logisch is, is dat het proces van het vastleggen van een ervaring dus beslist geen één-op-één overdracht is. Het is niet zo dat er van de ervaring een foto wordt gemaakt en die onveranderd wordt opgeslagen. Dat kan ook nauwelijks, want die ervaring komt binnen van allerlei kanten: oog, oor, geur, enzovoort, en hoeft beslist niet eenduidig te zijn: misschien ziet het oog wel iets anders dan het oor hoort. Die waarnemingen moeten gecontroleerd en geëvalueerd worden.
    En het tweede wat nogmaals duidelijk wordt uit de proef is dat de hippocampus hierin een instrumentele rol speelt - ze wordt gebruikt zowel bij het eerste opnemen als bij het latere terugspelen.
    De meest bekende en opvallende vorm van verwerking van ervaringen is die van korte(re) en middellange-termijngeheugen naar langetermijn. Want dat gebeurt in de slaap. Daarvan is ook voldoende bewijs - uit het al eerste geciteerde artikel over rattenonderzoek:


Uit: DePers.nl, 20-08-2009.

Diepe slaap zorgt voor herinnering

...    Lansink en vier andere medewerkers van het Swammerdam Institute for Life Sciences voorzagen vier ratten van elektroden waarmee ze de elektrische activiteit van groepen neuronen konden meten in de hippocampus en in het ventrale striatum, een stukje brein dat informatie vastlegt over prettige ervaringen en beloningen. De ratten leerden eerst een parcours ‘uit het hoofd’ waarbij ze, aan het eind, lekkere hapjes konden vinden. Wanneer ze vervolgens gingen slapen, werd de hippocampus actief.
    Dat gebeurde niet tijdens de droomfasen, zoals wellicht te verwachten was, maar juist tijdens de diepe slaap. Dan leken de elektrische patronen die Lansink registreerde, sterk op de patronen overdag, wanneer de ratten het parcours moesten leren. De ‘herhaling’ tijdens diepe slaap verliep echter tien keer zo snel als overdag. Tijdens de diepe slaap, zo constateerde Lansink, wordt ruimtelijke informatie in zeer korte tijd aan beloningsinformatie gekoppeld, veel sneller dan tijdens de werkelijke ervaring.
    Haar onderzoek toont voor het eerst aan dat de hippocampus bij dit proces als eerste actief wordt. Die begint zijn ruimtelijke ‘herinnering’ te reactiveren en stimuleert andere gebieden. En eenmaal vaak genoeg herhaald zal de rat de volgende ochtend zijn weg naar het lekkere hapje feilloos kunnen vinden.


Red.:   Dat wil zeggen: tijdens de slaap wordt de in het langetermijn-geheugen opgeslagen ervaring herhaald, vele malen, en de toendertijd gemaakte waardering ervan, veroorzaakt door het vinden van voedsel, definitief gekoppeld aan de herinnering. Die gedurende de dag opgeslagen combinatie van herinnering en waardering is dus niet definitief - de na de droom opgeslagen herinnering is dat vermoedelijk wel. Hetgeen dus aanleiding biedt om nog een tussenstap te veronderstellen in de vormen van geheugen: één tussen "minstens een dag" en permanent in. Welke suggestie versterkt wordt door het bekende en onderzochte fenomeen dat mensen en dieren langdurig uit hun slaap houden, leidt tot geestesziekte - de slachtoffers worden "gek". Dat is hoogst vermoedelijk niets anders dan een overbelasting van een tijdelijk buffer door het niet verder kunnen verwerken van ervaringen - of iets dat daar sterk op lijkt.
    Nu zijn er dus twee processen die bestaan uit het terughalen en herevalueren van ervaringen: eentje direct na afloop ervan, en eentje dat later plaatsvindt in de slaap. Wat de vraag oproept: "Waarom in twee keer en het niet in één keer goed gedaan?"
    Het antwoord daarop is eigenlijk al eerder gegeven, in de vorm van al gebruikte argumenten: het evalueren kost tijd en moeite, en aandacht voor verdere ervaringen. Dus eerst evalueer je wat het meeste directe noodzaak heeft, zeg maar: alles in verband met wat gaan we als volgende doen, en later evalueer je zaken die op langere termijn nuttig kunnen zijn: planning in verband met fourageren - opslag als wintervoorraad, enzovoort. Wat hier al bijna geformuleerd staat als: eerste de lagere, en dan de hogere concepten - of abstracties. Eerst het directe leren, daarna het nadenken. Erna-denken, dus. Na de ervaringen en het voordenken - de initiële beoordelingen. Waarna je direct kan aan- of invullen: het evalueren in hogere abstracties is moeilijker en kost meer tijd dan dat in lagere.
    Bij het geval van de ratten en het korte termijn evalueren, is er sprake van meerdere herhalingen. De vermoedelijke reden daarvan is dat de rijkdom aan aspecten waaruit een enkele ervaring bestaat niet noodzakelijkerwijs tot dezelfde waardering hoeft te leiden. Het ene aspect kan positief zijn, en het ander negatief: het zojuist door de rat gelopen pad kan wel voedsel opleveren, maar ook gekenmerkt worden door een sterke kattengeur. Het is belangrijk in het kader van overleving dit soort zaken tegen elkaar af te kunnen wegen. En ook belangrijk is dat er een hiërarchie is in die verschillende oordelen: levensgevaar is belangrijker dan "meer voedsel". Normaliter. Want honger kan ook erg worden
    En als het inderdaad als zodanig werkt, geldt dat natuurlijk evenzeer voor het langere-termijn evalueren dat 's nachts plaatsvindt. De evaluatie op het niveau van hogere abstracties kan het oordeel op dat van lagere wel overrulen. Daarom is het ook belangrijk om zaken op zo hoog mogelijk niveau te kunnen evalueren.
    Hoe het evalueren zelf werkt en het combineren ervan tot nieuwe herinneringen, ligt buiten de directe functiebereik van de hippocampus, en wordt behandeld elders.

Vorm hippocampus, striatum. Ervaring klopt met verwachting: geen signaal; klopt niet: alarm. Verwachting: projectie op grond van huidge signaal en korte-termijn-herinnering.

04-06-2013: Hippocmapus zoekt tot aan hoogste abstracties. Wat er dan overblijft aan on-geinterpreteerde zaken is kennelijk onoplosbaar - op dat moment. Onoplosbaar is equivalent aan "onbekend" en reden voor een alarm/angstsignaal. Een alarmsignaal is onrustmakend, en moet net als pijn na verloop van tijd weer uitgeschakeld worden - met serotonine. Bij n voortdurende voorkomen van "veel onbekend' aan het einde van de analyse is het handig een vaste optie te hebben om de boel meteen gerust te stellen - een /dev/null (bitbucket). Dat kan vermoedelijk op meerder manieren, maar één ervan is de "god"-optie: de almacht. De absolute abstractie.

In hippocampus en omstreken ook een leerproces: je gaat het filter aanpassen om de hoeveelheid "oninterpreteerbaar" te verminderen. Dat is "leren'. Een te snel ingrijpen naar de eind-abstractie (god-abstractie) voorkomt verder leren.
    

Naar Neurologie, emotie-organen  Neurologie, organisatie  , Neurologie, overzicht  , Psychologie lijst  , Psychologie overzicht  , of site home  .
 

 

.2013