 |
 is
geschetst hoe
neuronen zijn ontstaan en hoe hun algemene functioneren in elkaar steekt. Ook
bleek dat er wel 100 miljard van zijn, dat ze voorkomen in diverse
specialisaties, en is gesteld dat ze samenwerken in groepen op diverse niveaus.
Hier gaan het verder over dit laatste.
Voor het geval van dit soort ingewikkelde structuren bestaande uit de samenwerking van grote hoeveelheden soortgelijke elementen zijn in Organisatie, sterke interactie  en Organisatie,
zwakke interactie
een
aantal regels verzameld waar zowel mens als natuur zich aan lijkt te houden. We
zullen laten zien dat ook de hersenen aan deze regels voldoen, ten eerste in dat ze grotere hoeveelheden
samenwerkende elementen onderverdelen in substructuren, en die substructuren als
aparte delen laten samenwerken.
Eén vorm daarvan hebben we al gezien: de evolutionaire uitbouw van de hersenen gaat niet door de bestaande structuren tot in het oneindige te blijven vergroten, maar door nieuwe structuren te hangen aan de bestaande - leidende tot de drie-eenheid van reptielige (autonome), zoogdierlijke (emotionele), en menselijke (rationele) hersenen  .
Een andere uiting van de modulaire organisatie-hiërarchie zijn de verschillende vormen van samenwerking tussen neuronen. Er zijn de enkelingen die specifieke taken verrichten, zoals het aansturende van een bepaalde spier. Er zijn kleinere groepen van diverse omvang, ganglia (enkelvoud: ganglion) of zenuwknopen, die besturingfuncties vervullen voor de enkelingen, zoals het coördineren van diverse spieren - deze hebben geen verdere uiterlijk herkenbare gemeenschappelijke structuur. Dan zijn er vervolgens de nuclei (enkelvoud: nucleus), die meestal min of meer rond zijn, met in veel gevallen staartvormige uitlopers die bundels uitgangen van de neuronen, de axonen, bevatten. Dan de combinaties van diverse nuclei in hersen-"organen", die deelnemen in hogere beslissingsprocessen die wij benoemen als "emoties" - dit zijn de met het blote oog zichtbare en dus allereerst ontdekte structureren die de bekende, vaak op vorm berustende, namen hebben, zoals "amygdala" of "amandelvormige kern" - ook die hebben vaak zichtbare uitlopers. En als laatste de grote "rekeneenheid", de cortex, die het grootste deel van de schedel vult en bestaat uit grote oppervlaktes met meerdere lagen neuronen die voornamelijk onderlinge processen hebben, en waarvan de specifieke doeleinden van die processen aan de buitenkant onherkenbaar is. Maar er zijn vele aanwijzingen die aangeven dat ook binnen de grote hersenen zelf de taken verdeeld zijn in functionele eenheden of modules - die doeleinden zitten ingeprogrammeerd in de verbindingen tussen de neuronen. Dit heeft het enorme evolutionaire voordeel dat deze functionaliteiten omprogrammeerbaar zijn, zij het in diverse mate. De vermoedelijk oudste aanwijzing is de manier waarop de hersenen van een individu zichzelf activeren. Dat gaat niet in één grote klap of in een continu proces, maar in een proces bestaande uit geleidelijke groei afgewisseld door grotere stappen - de stap is vermoedelijk het inschakelen van een module overeenkomende met een substructuur, en de geleidelijk groei erna de ingebruikname daarvan. Hierbij hebben we het natuurlijk over de ontwikkeling van een kind, waarvan de verschillende stappen zijn bekend door ontwikkelingspsychologen als Jean Piaget  (Wikipedia)
.
 Andere
bronnen van aanwijzingen zijn de diverse vormen van storing of uitval van
functionaliteit. Een recent en relatief veelvoorkomend en daarom algemeen bekend
geval is de storing in de omzetter van seriële naar
parallelle informatie. Informatie heet "serieel" als alle stukjes
achtereenvolgend binnenkomen, en heet "parallel" als vele stukjes tegelijk
binnenkomen. Het eerste is het geval bij horen en lezen, het tweede bij het zien
van beelden. En dan is meteen duidelijk dat een storing in deze module datgene
is wat we kennen als dyslexie: de lijders kunnen niet goed overweg met de
volgorde van letters. Maar als ze Chinees moeten lezen, waarvan de begrippen
niet in een reeks op zich betekenisloze symbolen zitten, maar in een enkel (of twee) plaatjes, dan
hebben ze dat probleem niet. En in recente tijden is even duidelijk geworden dat
het lijden aan dyslexie niets afdoet aan de algemene intelligentie, oftewel: het
functioneren van de rest van de hersenen
.
Bij dyslexie is duidelijk sprake van een storing in één enkele module.
Het meest specifiek en dus het meest spectaculair zijn het storingen en uitval ten gevolge van fysieke beschadiging, bijvoorbeeld door herseninfarcten, zoals beschreven door Oliver Sacks (Wikipedia) - zoals mensen
die ondanks gezonde ogen alleen maar de linkerkant van hun omgeving waarnemen,
en dergelijke. Deze laten zien dat zelfs zaken die wij als één taak zie, zoals
"zien", in feite uitgevoerd worden als tal van deeltaken, die pas later, ten behoeve
van ons bewustzijn, samengevoegd worden - zoals bijvoorbeeld ook vormen-zien en
kleuren-zien. Dat opsplitsen en later samenvoegen leidt tot vele bekende vormen
van optische illusies
.
De voorbeelden van Sacks zijn echter uitzonderlijke gevallen, terwijl de meerderheid van de infarct-patiënten meer algemene uitval van capaciteiten hebben, die voor een kleiner of groter deel ook weer genezen, naar men aanneemt doordat de uitgevallen functionaliteit door andere delen van de hersenen worden overgenomen. Deze twee naast elkaar bestaande zaken betekenen dat er op zijn minst twee soorten functionaliteiten en bijbehorende structuren zijn: de min of meer gelokaliseerde, bestaande uit kleinere aantallen op specifieke taken georganiseerde neuronen, en de meer ruimtelijk uitgebreide structuren bestaande uit veel grotere aantallen neuronen die meer algemene functies vervullen. Schade aan de eerste leidt tot zeer specifieke functie-uitval - schade aan de tweede kan gerepareerd worden door herprogrammering .
Deze indeling komt overeen met de in de Organisatie-artikelen geïntroduceerde tweedeling tweedeling voor de samenwerking tussen meerdere soortgelijke elementen: kleine groepen onderhouden directe, sterke, interactie, en zijn georganiseerd op manieren zoals beschreven in Organisatie, sterke interactie - de grote
groepen hebben meestal een relatief zwakke interactie en vertonen golf-
en andere vormen van collectief gedrag, zie Organisatie, zwakke interactie
.
Een meer gedetailleerde beschrijving van dit soort inter-neurale interacties,
interacties binnen de modules, is gegeven in Neurologie, beslissingen
. Hier blijven we ons concentreren op de modules als geheel.
 Vastgesteld
hebbende dat de hersenen uit modules bestaan, is de volgende vraag natuurlijk hoe je de diverse modules met elkaar laat communiceren. Want communicatie moet
er natuurlijk zijn, anders was het geen geheel. Een voorbeeld van die noodzaak
is functionaliteit van "taal", die verspreid is over diverse gebieden
in de hersenen, waaronder die van Broca en Wernicke, die qua locatie gescheiden
liggen - zie Neurologie,
ontstaan taal
.Op het moment dat je de vraag stelt over de communicatie tussen dit soort modules, ben je overgegaan van het model van zwakke interactie (hoe communiceren miljarden neuronen) naar het model van sterke interactie: hoe communiceren een beperkt aantal modules. Het aantal hersengebieden met bekende functie, hersenmodules, ligt in de tientallen, en gezien onze relatieve onbekendheid met de structuur van de hersenen, mag je aannemen dat de werkelijkheid in de buurt van enkele honderden zit. Voor een structuur van enkele honderden elementen laat Organisatie, sterk
zien dat
een hiërarchische opbouw volgens een ster- of boomachtig-model het meest voor de
hand liggend is. Recente ontwikkelingen lijken dit te bevestigen (De Volkskrant, 22-08-2009, door Malou van Hintum;
noot: voxels zijn de elementen waarin de onderzoeker de hersenen heeft
opgesplitst voor zijn berekeningen):
Die hubs zijn natuurlijk de knooppunten op een hoger niveau in zowel het hiërarchische ster- als boommodel - zoals ook het wereldwijde internet met zijn boomachtige structuur een klein aantal hubs heeft, verbonden door glasvezelkabels onder de oceanen - en een veel groter aantal
kleinere.
En in nog een belangrijk opzicht lijkt er een overeenkomst te zijn tussen het internet en de hersenen: het internet werkt (grotendeels) volgens het principe dat iedere stap in het doorgeven van knooppunt naar knooppunt geen rekening houdt met het voorgaande pad. Ook dit lijkt in de hersenen zo te zijn .
Waarvan de ontwerp-technische reden die voor het internet geldt waarschijnlijk
ook dezelfde is als voor de natuur: het is het meest simpele manier om veel
verbindingen met veel tussenschakels uit te voeren.
 We hebben nu dus de twee hoofdelementen van een grote
organisatie: de opsplitsing in deelstructuren, modules, en de communicatie tussen
die modules. Die twee zijn ook zeer zichtbaar gescheiden te zien in (oudere)
anatomische opnames van de hersenen, zie rechts. Door de oude prepareer technieken zijn
er twee gebieden zichtbaar overeenkomende met de structuur van de individuele
neuronen: de buitenste donkere
gedeeltes, bekend als "grijze stof", bevatten de lichamen van de neuronen met
voornamelijk hun dendriet-vormige verbindingen (ingangen) en de kortste soort
axonen (uitgangen). Het lichtgekleurde gebied, bekend als "witte stof"
(Wikipedia), bestaat
geheel uit de langere axonen - de lichte kleur wordt veroorzaakt door de vetachtige stof
(myeline) die de axonen omhullen voor goede elektrische isolatie
.De globale illustratie verbergt een aantal verschillende soorten verbindingen. Al genoemd zijn de dendrieten met hun vele uitlopers in de grijze gebieden. Daarnaast zijn daar ook heel-korte axonen, van 1 tot 3 millimeter lang (op de schaal van een neuron, een enkele cel, natuurlijk al best wel lang) - die hebben geen isolatie en zijn niet wit. Dan zijn er in de witte gebieden korte "witte" axonen,1 tot 3 centimeter die de contouren van de grijze gebieden volgen. Vervolgens zijn er lange axonen 3 tot 17 centimeter - het aantal van lange-afstand axonen bedraagt zo'n 2 procent van de korte afstand exemplaren (Wikipedia). Tenslotte is er nog een soort
neuronen die niet genoemd wordt in deze (standaard) overzichten, de spindle
neurons
(Wikipedia) of spindelneuronen, die vermoedelijk speciale lange-afstands
verbindingsneuronen zijn - die komen we verderop nog een keer tegen.Deze gegevens passen volkomen binnen het soort hiërarchische structuren als beschreven in Organisatie, sterke interactie
. Er zijn verschillende lengtes van verbindingen met telkens stappen van 5 tot
10 ertussen. Ieder stap komt natuurlijk overeen met een nieuwe laag van
organisatie - de axonen moeten steeds langer worden omdat ze steeds grotere
substructuren verbinden. En omdat er natuurlijk minder grotere structuren zijn
dan kleinere, is hun aantal natuurlijk evenredig kleiner. De waargenomen regel
is inderdaad dat het aantal axonen van een bepaalde soort met ongeveer dezelfde
stappen omlaag gaat als hun lengte omhoog.Het grote belang van het verbindingsnetwerk voor het functioneren voor het brein blijkt uit de hoeveelheid hoeveelheid witte stof in de illustratie. Het laat zien dat hoe zelfstandig de aparte modules ook functioneren, het op het voor de mens meest zichtbare niveau van functioneren, het hogere niveau van functioneren of zijn echte "denken", vermoedelijk voornamelijk draait om de samenwerking tussen die gebieden, zoals het onderzoek van Van den Heuvel ook suggereert:
Dat gaat dus boven het functioneren van de verschillende onderdelen, waarschijnlijk zolang de onderdelen maar boven een zeker minimum functioneren. Onder die grens kan een eventueel minder functioneren van één onderdeel dan opgevangen worden door andere onderdelen. Dit is tot nu toe allemaal gegaan over de "statische" organisatiestructuur, waarbij "statisch" slaat op het functioneren als een soort internet: alle informatie is gelijkelijk beschikbaar voor iedereen die op het netwerk is aangesloten - oftewel: alle modules in de hersenen kunnen ongehinderd en ongefilterd communiceren. Middels kennen de meeste mensen wat betreft het internet wel de term "firewall" (brandwerende deur), een apparaat (of software) dat de communicatie filtert aan de hand van de inhoud. En ook in de hersenen zit een dergelijke functionaliteit. Bijvoorbeeld: al sinds Freud is het duidelijk dat er een onbewust deel van de hersenen is, het onderbewuste, dat slechts onder bijzondere omstandigheden openstaat voor ons bewustzijn, en sindsdien zijn meer soortgelijke mechanismen ontdekt Binnen het soort hiërarchische organisatie zoals hier voorgesteld zijn er twee principiële mogelijkheden om informatie af te schermen of te filteren: in de modules zelf, bijvoorbeeld bij de neuronen waaraan de verbindingsaxonen zitten, of in speciaal daarvoor bestaande modules. Die waarschijnlijk beide bestaan.  Eén van de
al bekende modules die gezien kan worden als een verbindings- en reguleringsmodule
zit in de anterieure cingulate cortex, de ACC.
Deze is verbonden met zowel de prefrontale cortex waar het rationele beslissen
zetelt, en de emotiemodules: de amygdala, thalamus en hippocampus. De ACC bepaalt het evenwicht
tussen deze emotionele en rationele beslissingsmodules
,
een hoogst belangrijke functie voor het algemene en maatschappelijke
functioneren, zoals zichtbaar wanneer het misgaat. Het belang van de ACC lijkt nog verder versterkt te worden door het voorkomen van de al genoemde speciaal soort verbindingsneuronen, de spindelneuronen (Wikipedia),
die alleen in de ACC en de frontale insula
(Wikipedia) gevonden worden, en evolutionair relatief nieuw zijn - alleen mensachtigen en mensapen en een paar walvissoorten hebben ze (het laatste doet
vermoeden dat het ook met de omvang van de hersenen te maken kan hebben). Meer
over de spindelneuronen hier
.Je kan je dus voorstellen dat in de moderne menselijke hersenen de ACC dient als afschermingsmodule van de moderne hersendelen van de meer primitieve emotionele - dus als creator van het onderbewuste. Dit is dan een vorm van filtering of afscherming op het meest basale niveau: van één van de drie breindelen naar een ander. Maar in de vorm van filtering van de directe communicatie tussen modules, zal vermoedelijk op alle niveaus ook vormen van filtering of afscherming optreden. Naar de in de psychologische praktijk gehanteerde term zullen we dat verder aanduiden met compartimentalisatie , staande voor het
algemene verschijnsel dat in het brein aanwezige impulsen, kennis of
vaardigheden, niet gebruikt worden of niet tot het bewustzijn doordringen.Een voorbeeld van compartimentalisatie op niveau van lagere structuren is dat van de honkballer, die aan slag een bal toegeworpen krijgt, die hij met zijn knuppel dient te raken. Zodra de bal de hand van de werper verlaat, beschrijft hij volgens de natuurkunde een kogelbaan, die de wiskundige vorm heeft van een parabool. In de praktijk betekent dit dat de richting die de bal heeft op het moment dat deze de hand van de werper verlaat, voortdurend verandert. Halverwege heeft de bal een andere richting. Dat wil zeggen: de slagman kan niet zomaar afgaan op de richting van de bal op het moment dat deze de hand van werper verlaat - deed hij dat wel, dan zou hij consequent in de lucht staan meppen, terwijl de bal keurig onder zijn knuppel doorging. Om de bal te raken, moet de slagman dus ook weten wat die bal gaat doen, op grond van wat de natuurkunde kan berekenen. Dat wil zeggen: de slagman moet de baan van de bal uitrekenen in de fractie van een seconde die hij heeft om zijn beweging te starten - werpers hebben de neiging nogal hard te gooien om te voorkomen dat de slagman de bal gaat raken ... Dit klinkt allemaal razend ingewikkeld, maar dat is het kennelijk niet. Want als de werper de bal gewoon "rechtuit" gooit, hoe hard hij dat ook doet, is er een goede kans dat de slagman, even uitgaande van topniveau van beiden, met een fraaie hit het stadion uitmept - een homerun. Om dat te voorkomen gebruikt de werper extra trucs, zoals het geven van "effect" door de bal te laten tollen om zijn as - de bal wijkt door het tollen van zijn gewone baan af. Waar het om gaat is dit: het staat onomstotelijk vast dat de slagman, wetenschappelijk gezien "een gewoon mens", in staat is met zijn hersenen een ingewikkelde wiskundige berekening uit te voeren, nodig om het traject van de bal te bepalen in de fractie van een seconde waarin de bal aan zijn traject begint. Het is even evident, dat als je diezelfde slagman zou vragen om die berekening op een wetenschappelijke manier uit te voeren, dat hij nog niet eens het begin ervan weet. Hetgeen leidt tot de onomstotelijke conclusie dat er in het menselijke brein vaardigheden zitten, die niet voor het bewustzijn toegankelijk zijn - die vaardigheden zijn gecompartimentaliseerd. Dit soort wiskundige vaardigheden zitten ook op een heel basaal niveau, omdat ze zelfs in heel jonge kinderen aangetoond zijn
.Er is ook direct bewijs voor deze conclusie. Zodra de hersenen schade oplopen, het meest duidelijk als dat al in de ontwikkeling gebeurt, kan dit proces van compartimentalisatie ook (deels) uitgeschakeld raken. De betreffende mensen hebben dan wél toegang tot dit soort specialistische vaardigheden. Dit is bekend als het idiot savant
(Wikipedia) verschijnsel - iemand met meestal ernstige handicaps op tal van
gebieden, maar één of een paar zeer specifieke en normaliter zeer ingewikkelde
vaardigheden
.De relatie met de hiërarchische structuur van de hersenen is dat verschijnsel ook op hogere niveaus optreedt. Zo verscheen er tijdens het componeren van dit artikel een stuk in de Volkskrant over musicologisch kennis, waaruit blijkt dat kinderen veelal wél een absoluut gehoor hebben voor tonen, terwijl dat voor volwassene in de regel niet zo is (De Volkskrant, 14-11-2009, door Wim Wirtz):
Kennelijk gaat deze capaciteit tijdens de ontwikkeling naar volwassenheid verloren, of waarschijnlijker: deze wordt gecompartimentaliseerd. Het muzikale gehoor kan kennelijk makkelijker compartimentaliseren en decompartimentaliseren dan wiskundige vaardigheden als het berekenen van een kogelbaan. Dit heeft ongetwijfeld mede te maken met het niveau binnen de hiërarchische structuur van de hersenen waarop de compartimentalisatie plaatsvindt, waarbij het dan makkelijk kan veranderen zodra het minder basaal is. Vastgesteld hebben dat compartimentalisatie een veelvoorkomend proces is binnen de hersenen, komt als volgende de vraag waarom zouden nu bepaalde vaardigheden worden gecompartimentaliseerd, terwijl het hebben van die vaardigheden toch op zich bijzonder aardig en nuttig zouden kunnen zijn? Daarvoor is er maar één zinnige verklaring, namelijk dat ze verdrongen worden door de noodzaak om ook andere vaardigheden tot het systeem of het bewustzijn toe te laten, en het totale aantal daarvan kennelijk beperkt is .Dan zijn er meteen twee volgende zaken: ten eerste de vraag naar de keuze tussen welke modules sterker of zwakker ingekoppeld zijn binnen de gegeven mogelijkheden. Dat is ongetwijfeld dezelfde vraag als die naar de talenten en persoonlijkheid van het individu. Veel inkoppeling van de rationele en wiskundige modules: exacteling. Veel inkoppeling van de emotionele modules: kunstenaar. Enzovoort .En ten tweede wat is de aard van die beperking en hoe groot is deze? Dat eerste is met grote waarschijnlijkheid hetzelfde als ook beschreven door Van den Heuvel: het algemene niveau van de organisatie van het netwerkverkeer tussen de modules van de hersenen, wat staat voor het algemene niveau van het functioneren van de hersenen, en bekender is onder de noemer van "algemene intelligentie". Of het nu hetzelfde is als intelligentie of niet, het idee van een beperking van het aantal mogelijke tot het bewustzijn toelaatbare capaciteiten en bijpassende compartimentalisaties is iets dat, net als alle andere menselijke eigenschappen (en ook intelligentie) onderhevig aan de bekende variaties: het ene individu heeft meer, het andere individu heeft minder, en binnen de hele groep is dat normaal verdeeld: de meeste mensen zitten rond het gemiddelde, en naarmate je verder van het gemiddelde zit, is dit zeldzamer .
Bij die variaties doet zich weer één van de wetmatigheden van de evolutionaire ontwikkeling voor: naarmate die totale hoeveelheid capaciteiten beperkter is, zal de keuze eruit sterker bepaald worden door die capaciteiten die van direct belang zijn voor het overleven. Als je dit ziet als voorspelling, lijkt het nauwelijks nodig onderzoek hiernaar te doen - iedereen met voldoende intelligentie en waarnemingsvermogen ("met een grote hoeveelheid toelaatbare capaciteiten") kan dat zo uit eigen ervaring bevestigen. Met weer direct daaruit volgende een volgende voorspelling. Want de zaken die van direct belang zijn voor het overleven zijn redelijk gedefinieerd door allerlei materiële zaken: voedsel, onderdak, enzovoort. En al die mensen met wat beperktere capaciteiten zullen daar minder van kunnen afwijken. De groep mensen met beperktere capaciteiten is dus eenvormiger dan die met meer capaciteiten. Weer een voorspelling die, indien nodig, snel genoeg geverifieerd kan worden, door in de maatschappij rond te kijken. De mensen met minder capaciteiten wordt door de mensen met meer capaciteiten op neergekeken onder het veelvoorkomende gebruik van termen als "burgermannetjes", aangevende dat ze te veel op elkaar lijken .Maar deze medaille heeft ook een andere kant: mensen met veel of heel veel capaciteiten zullen veel kunnen toelaten, en dus meer moeten moeten kiezen. Kiezen blijkt voor vele mensen moeilijk te zijn, en dat geldt ook voor dit kiezen - met allerlei vormen van vertwijfeling tot gevolg
.
Normaliter ziet men compartimentalisatie als iets negatief, een verslechtering van het functioneren, want het tegenovergestelde, integratie, waarbij zaken die normaal gescheiden verlopen gecombineerd worden, wordt normaliter als positief ervaren. Wat komt omdat het tot verrassende nieuwe zaken kan leiden, wat ook bekend staat als "creativiteit". Maar ook voor deze situatie geldt dus weer datgene dat men in de werkelijkheid aantreft een evenwichtssituatie is, ontstaan onder de invloed van twee tegengestelde invloeden. Creativiteit is prachtig, maar datgene dat ertoe leidt: het loslaten van geestelijke barrières, heeft kennelijk zulke bijkomende consequenties, dat het betrekkelijk zeldzaam is, en degene die het vindt luide geprezen wordt. Compartimentalisatie maakt een integraal deel van het menselijke denken. Blijft er op deze plaats nog één ding te behandelen over, namelijk hoe die compartimentalisatie werkt. Ook daarvoor bestaan meerdere methodes, één waarvan we al gezien hebben: een speciale neurologische module tussen specifieke andere modules. Maar de meer algemene vormen werken anders. Hoe dat is, is bekend van de één van de belangrijkste modules die extra, merkbare compartimentalisatie activeren: emotie, zie hier .
Of die juist compartimentalisatie vermindert, als hij alarm
slaat bijvoorbeeld in de vorm van een "Gevaar!"-melding.Het is geruime tijd bekend hoe de emotionele module dat doet: niet door middel van neurologische signalen, maar door biochemische, namelijk de (stress-) hormonen als adrenaline. Althans, in de meer urgente gevallen. Dit is ook de manier voor mensen die zelf hun informatienetwerk in de war wensen te sturen: door middel van drugs - drugs zijn stoffen die sterk lijken op natuurlijke stoffen waarmee het neuronennetwerk werkt: neurotransmitters met namen als serotonine, dopamine enzovoort. Meer over de details achter deze processen elders (link volgt). Het vervolg qua neurologie, voor wie het nog niet gezien heeft, is het artikel Neurologie, beslissingen .
Meer over specifieke neurologische modules staat in Neurologie, ontstaan taal
.
Meer richting praktijk kan men naar Beslissingsprocessen
.Naar Neurologie, neuronen algemeen  ,
Psychologie lijst
 , Psychologie overzicht
, of site home
. |
|
|