Bronnen bij Neurologie, organisatie: netwerk & communicatie

Het oude idee van de structuur van de hersenen is min of meer zelfstandig functionerende eenheden. Dat is in ieder geval niet het hele beeld (de Volkskrant, 22-08-2009, door Malou van Hintum):
  Netwerk vol verkeersdrukte

Ons brein bestaat niet uit onafhankelijk van elkaar opererende hersengebiedjes die alleen actief zijn bij het uitvoeren van bepaalde taken. Het is een geïntegreerd netwerk waarin alle hersengebieden 24 uur per etmaal met elkaar communiceren. Dat doen ze via wittestofbanen, de informatiesnelwegen van het brein. ...
   Dat blijkt uit onderzoek van neurowetenschapper Martijn van den Heuvel (1980), ...     Van den Heuvels onderzoek maakt duidelijk dat ons brein is gevormd volgens een van de meest efficiënte organisatiewijzen die de natuur te bieden heeft: het small world-principe. Dit betekent dat zowel de 'lokale' verbindingen tussen de voxels efficiënt zijn, als de 'globale' verbindingen met gebieden verder weg.
    'Je kunt dat vergelijken met het principe every person in this world is only six handshakes away from any other person. Zo is het in het brein ook', zegt Van den Heuvel. 'Elk gebied in het brein kan in relatief weinig stappen heel snel informatie sturen naar elk ander willekeurig gebied.
    'In die small world vinden we (sub)netwerken (ook wel modules genoemd) en enkele cruciale knooppunten of hubs, die alle onderling sterk verbonden netwerken verbinden tot een groot, complex, robuust en zeer efficiënt netwerk: onze hersenen.'   ...

Uit de wereld van de informatie-technologie kan hier nog iets aan toegevoegd worden. In kleine netwerken van computers verloopt de communicatie direct van computer naar computer. Maar zodra dat netwerk groter wordt, gebruikt men speciale "communicatie"-modules" genaamd hubs, switches en routers. De met elkaar verbonden routers vormen bijvoorbeeld het feitelijk wereldwijde internet. Een essentieel onderdeel van het functioneren van het netwerk op dit niveau is informatie-uitwisseling tussen de routers, om elkaar te kunnen vertellen hoe ze verbindingen tussen computers tot stand kunnen brengen: als je van Amsterdam naar Tokio wil, moet dan dan via New York of via Londen? Bij grote netwerken kan deze configuratie-communicatie tussen de routers een flink deel van het totale verkeer op het netwerk uitmaken. Precies wat de onderzoeker ook in de hersenen waarneemt.

De ontwikkelingen gaan razendsnel. Hier al concretere processen (de Volkskrant, 27-03-2010, door Malou van Hintum):
  Moeilijk en makkelijk leren

Twee delen van het brein die bij het geheugen zijn betrokken, werken harder samen als het nodig is.

Kijken naar de samenwerking tussen deze twee hersengebieden is relatief nieuw, zegt neurowetenschapper Marlieke van Kesteren over haar onderzoek naar de ‘connectiviteit’ tussen de hippocampus en de ventromediale prefrontale cortex (vmPFC), die allebei een rol spelen bij de geheugenvorming.
    Van Kesteren, als promovendus verbonden aan het Nijmeegse Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour en UMC St Radboud, ontdekte dat de samenwerking tussen deze gebieden intensiever is naarmate iemand nieuwe kennis moeilijker kan koppelen aan al eerder verwerkte of onthouden informatie.   ...
    Van Kesteren heeft de hersenmechanismen onderzocht die daarbij een rol spelen. Ze liet dertig proefpersonen het eerste, tachtig minuten durende deel van een film zien, maar de helft van hen zag een versie waarin de fragmenten willekeurig door elkaar waren gegooid. Uit de antwoorden op vragen over de film bleek – niet verwonderlijk – dat de ‘gefopte’ proefpersonen er minder van hadden begrepen dan de anderen.
    Een dag later kregen alle proefpersonen het laatste deel van de film te zien terwijl ze in een MRI-scanner lagen.
    Zo werd zichtbaar dat de hippocampus en de vmPFC van de proefpersonen die de film in de verkeerde volgorde hadden gezien, tijdens het kijken naar het vijftien minuten durende laatste deel én tijdens de even lange rustperiode erna samen veel harder aan het werk waren dan bij de andere proefpersonen.
    Beide groepen proefpersonen gaven daarna evenveel correcte antwoorden op vragen over de film, maar de hersenen van de ‘gefopte’ groep hadden daar dus wel harder voor gewerkt.
   Van Kesteren ontdekte daarnaast dat de onderlinge overeenstemming (‘intersubjectieve synchronisatie’) in de groep die de film in de goede volgorde zag, groter was dan bij de andere groep.
    ‘Het gaat daarbij om een activatiepatroon in de vmPFC dat tussen de proefpersonen die de film in de juiste volgorde zagen, meer overeenkomsten vertoonde dan tussen de proefpersonen die ‘gefopt’ waren. Die correlatie is opmerkelijk, omdat die eerder in meer primaire hersengebieden is gevonden, zoals de auditieve en visuele gebieden.
    ‘Tot nu toe gingen we ervan uit dat zulke activatiepatronen in hogere hersengebieden voor iedereen anders zijn, en dus een meer persoonlijk karakter hebben.’    ...

Dat laatste idee klopte niet, omdat 'persoonlijk karakter' over het algemeen niet zal schuilen in dit soort hersenprocessen. Verschillen op dit niveau zullen veel meer op het cognitieve vlak liggen, en dat schaart men voor een flink deel niet onder "karakter".

Een ander onderzoek maakt gebruik van bestaande verschillen (Volkskrant.nl, 30-03-2010, door Malou van Hintum):
  Schizofrenen hebben echt een afwijkende hersenstructuur

Schizofreniepatiënten leggen veel minder verbanden tussen de verschillende aspecten van een gebeurtenis dan gezonde mensen. De oorzaak voor deze verstoorde informatieverwerking ligt in een afwijkende hersenstructuur. Dat blijkt uit onderzoek van neurowetenschapper Lucia Talamini (Universiteit van Amsterdam) dat binnenkort wordt gepubliceerd in PloS One.

Talamini wist al uit onderzoek op de hersenen van overleden schizofreniepatiënten dat er minder verbindingen zijn tussen de hersencellen in de hippocampus (belangrijk voor het vastleggen van herinneringen) en de parahippocampale regio.
    Talamini en haar collega-onderzoekers wilden weten welk effect de aangeboren structurele afwijkingen hebben op het denken. Ze ontwikkelden computermodellen van de betreffende hersengebieden en simuleerden daarin de verminderde verbindingen. Talamini: ‘We zagen dat de verminderde connectiviteit leidde tot een gefragmenteerde opslag van gebeurtenissen, met weinig verbanden tussen voorwerpen, personen en locaties. Vervolgens hebben we bij patiënten getoetst of er inderdaad sprake was van een dergelijk probleem in de verwerking van gebeurtenissen.’
    Jonge schizofreniepatiënten en gezonde proefpersonen kregen landschapsfoto’s te zien met daarin een voorwerp dat ze moesten onthouden. Daarna werd hen gevraagd de voorwerpen uit hun geheugen op te halen aan de hand van de eerste twee letters van het bijbehorende woord (bijvoorbeeld ‘la’ voor lantaarn). Hierbij kregen ze ofwel de omgeving te zien waarin ze die voorwerpen eerder zagen, of juist een heel andere.
    Talamini: ‘We zagen geen verschil tussen beide groepen als ze zich het voorwerp in de verkeerde context moesten herinneren, maar bij de goede context deden de gezonde proefpersonen het beduidend beter. Schizofreniepatiënten hadden weinig baat bij de contextinformatie, en scoorden beide keren ongeveer gelijk. Daaruit blijkt dat ze een contextverwerkingsprobleem hebben, en hun denken zich vooral laat leiden door individuele voorwerpen of personen.’   ...

Oftewel: "schizofrenie" blijkt als naam wel in de goede richting te zitten, hoewel het natuurlijk geen tweedeling is maar gewoon meer algemene verminderde connectiviteit - in dit geval op het gebied van geheugen.

Een onderzoek dat nog niet van deze ontwikkelingen heeft gehoord (DePers.nl, 05-04-2010, door redactie wetenschap):
  Rokers zijn gewoon een stuk dommer

Dat roken vooral voorkomt onder mensen met lagere inkomens was al langer bekend. En dat deze mensen gemiddeld een lager IQ hebben dan veelverdieners, was ook bekend. Maar als het om de reden gaat waarom ze roken, is dat lagere inkomen (met alle gevolgen van doen) niet relevant. Aldus de Israëlische psychiater Mark Weiser.
    Hij onderzocht 20.000 rekruten van het Israëlische leger en ontdekte een duidelijke correlatie tussen roken en IQ (hoe dommer, des te meer sigaretten per dag), maar geen correlatie met sociaal-economische factoren. De gemiddelde niet-roker in zijn groep had een IQ van 101; de gemiddelde roker bleef steken op 94.
     Het resultaat werd onderstreept door een helder tweelingeneffect: als slechts een van beiden rookte, was dat steevast de dommere van de twee.

Met onze nieuwe kennis van de structurele werking van de hersenen kunnen we dit meteen herkennen als een "ijsjes veroorzaken zonnesteken"-redenatie: het is wel zo dat de zonnesteken optreden tezamen met een hoge ijsconsumptie, maar dat is omdat ze een gemeenschappelijke oorzaak hebben. Het is wel zo dat domheid optreedt tezamen met roken, maar dat komt omdat er een gemeenschappelijke oorzaak is: de betere communicstie tussen de hersenmodules. Want dat veroorzaakt een hogere intelligentie . En ook zorgt dat voor een goede samenwerking tussen de emotionele en rationele hersenen , leidende tot meer zelfbeheersing (zie het mashmellow-experiment in de vorige link), dus minder roken.
    Een nieuwe aanwijzing voor het cruciale belang van het netwerk van verbindingen volgt uit het verschijnsel van stotteren, zie hier .

Weer een combinatie van ziektebeeld en verbindingspatroon (de Volkskrant, 28-02-2013, van verslaggever Mark Mieras):
 

Autistische hersenen zijn fijner geweven

Autisten hebben veel korte en weinig lange verbindingen in hun hersenen. Dat schrijven onderzoekers van het Boston Children's Hospital in het vakblad BMC Medicine.



16 autistische en 46 gewone proefpersonen lieten hun hersennetwerk doormeten. De onderzoekers gebruikten software, ontwikkeld voor het analyseren van complexe netwerken als elektriciteitsnetten en vliegtuigroutes. Het levert fraaie plaatjes op waarin je in één oogopslag ziet dat autistische hersenen een ongewone structuur hebben.
    De onderzoekers vergelijken die structuur met het routenetwerk van een cityhoppervloot. Gewone hersenen hebben veel meer trans-Atlantische routes. De onderzoekers maken dankbaar gebruik van de luchtvaartanalogie om uit te leggen hoe wezenlijk het verschil is.
    Met cityhoppers is het omslachtig de andere kant van de wereld te bereiken. Daarom is het voor autisten ook lastig verschillende hersendelen te verbinden, zoals nodig is bij het interpreteren van gezichten. Dat vergt de integratie van visuele en emotionele centra. Er is ook een voordeel. Met cityhoppers kun je heel bedrijfszeker reizen. Tussen lokale bestemmingen zijn er altijd verschillende alternatieve routes. Daaraan ontlenen autisten dat feilloze oog voor details, claimen de onderzoekers.
    De uitkomst klopt met de eerdere ontdekking dat autistische hersenen minder verbindingen wegknippen als ze zich ontwikkelen. Normaal schept dat 'snoeien' ruimte voor de langere verbindingen die tijdens de kindertijd ontstaan. Bij autisten niet.    ...

Dat er ruimte nodig is voor nieuwe verbindingen is geen sprookje: de verbindingen tussen de onderdelen van de cortex nemen ongeveer tweederde van het hele cortex-volume in beslag, en zijn volkomen dichtgepakt - het staat bekend als de witte stof, zie rechts.


Naar Netwerk, organisatie , of site home ·.

21 okt.2009