Overzicht hoorcolleges Deeltoets 1 – Brein en Omgeving
Hoorcollege 1 Brein en Omgeving – Introductie
Lex Wijnroks
Belangrijkste theoretische modellen
Tessa Roseboom in ‘De eerste 1000 dagen’ (2018): In de eerste duizend dagen van het leven, vanaf de bevruchting tot de tweede verjaardag worden we
gevormd tot wie we zijn. Invloeden in deze periode zijn bepalend voor de rest van het leven.
Wat is ontwikkeling?
Ontwikkeling: de beschrijving, verklaring en beïnvloeding van intra-individuele verandering (kinderen, jongeren, volwassenen) in gedrag gedurende de
levensloop en met interindividuele verschillen en overeenkomsten in intra-individuele verandering
- Hoe verandert een persoon over de levensloop?
- In hoeverre zijn deze veranderingen vergelijkbaar of verschillend tussen personen?
Zijn alle veranderingen ook ontwikkeling? nee
Wat is geen ontwikkeling?
- Cyclische veranderingen (bv slaap-waakritme); gebeurt elke dag; je gaat slapen en wordt weer wakker
- Tijdelijke veranderingen, die gemakkelijk ongedaan kunnen worden (bv iets opslaan in je geheugen en daarna weer vergeten)
- Regressieve veranderingen (verlies van vaardigheden)
Wat bv wel? Woordenschat: je woordenschat wordt met nieuwe begrippen uitgebreid en sla je op in je lange termijngeheugen.
Vijf kenmerken (Overton, 2010)
1. Organisatie van de processen
o Van eenvoudig naar complex: eerst eenvoudige woorden leren, maar later woorden combineren en grammaticale regels toepassen
2. Volgorde en sequentie
o Latere vormen komen voort uit eerdere vormen, die ingebouwd zijn in het proces. Ontwikkeling verloopt in stadia. Het nieuwe
vervangt niet het oude, maar het nieuwe wordt geïntegreerd in wat er al is. Ontwikkeling in stadia (bv motorisch: op een gegeven
moment leren nekspieren aan te spannen, daarna worden dan rompspieren sterker en kan baby eventjes overeind zitten)
3. Richting
o Ontwikkeling voltrekt zich in meerdere richtingen (bv eerder ontwikkelde vaardigheden kunnen verloren gaan en plaatsmaken voor
nieuwe en meer adaptieve vaardigheden). Baby die angstig is zal gaan huilen. Als baby moeder ziet die die mist, zal hij zijn armen
uitstrekken om opgetild te worden. Als baby eenmaal kan kruipen, zal baby niet meer handen uitstrekken, maar zal hij kruipen naar de
moeder = meer adaptief, want dan meer controle
4. Epigenese en emergentie
o Epigenese verwijst naar de wederzijdse interacties tussen verschillende niveaus (cognitief, sociaal, etc.) van het organisme en de
omgeving omgeving kan directe invloed hebben op genetisch proces
o Emergentie verwijst naar het proces waarin de interacties met de omgeving zorgt voor het ontstaan van nieuwe
systeemeigenschappen (deze eigenschappen zijn niet terug te voeren tot de oorspronkelijke situatie) = kwalitatieve verandering; door
veelheid van verschillende interacties komt nieuw systeem
Nieuwe systemen gevolg van interactie
Bv biologisch stresssysteem: ontwikkelt door interacties van foetus met baarmoeder stelt biologisch stresssysteem af;
kwalitatieve verandering in hoe het oorspronkelijk was aangelegd
5. Relatieve permanentie en onomkeerbaarheid
o Ontwikkeling leidt tot een min of meer blijvende toestand, terugkeer naar de oorspronkelijke toestand gebeurt niet (hoewel
kortdurende regressies mogelijk zijn). Bv een peuter leert nieuwe woorden, maar kan reeds geleerde woorden tijdelijk weer vergeten
zijn, maar de peuter zal nooit terugkeren naar de toestand waarin het geen woorden kent (behalve als er sprake is van een
ontwikkelingsstoornis)
Key findings = raamwerk voor deze cursus (Cantor et al., 2018)
1. Human development depends upon the ongoing, reciprocal relations between individuals’ genetics, biology, relationships, and cultural and
contextual influences. Ontwikkeling van mensen afhankelijk van relaties die iemand heeft met zijn omgeving en die relaties en die wisselwerking
(reciproce relaties); werkt allemaal met elkaar samen. Eigenschappen van indivdu heeft invloedo p omgeving en omgeving heeft invloed op
individu.
2. Each individual’s development is a dynamic progression over time. Sprake van een dynamisch proces, het verandert continue. Iets wat op
bepaald moment in ontwikkeling belangrijk is, kan op ander moment minder belangrijk zijn
3. The human relationship is a primary process through which biological and contextual factors mutually reinforce each other. Relaties zijn heel erg
belangrijk, essentieel. Primair proces, van 0-1001 dagen (ook zwangerschap)
4. All children are vulnerable. In addition to risks and adversities, micro- and macro-ecologies provide assets that foster resilience and accelerate
healthy development. Blootgesteld aan negatieve gebeurtenissen die plaats kunnen vinden in micro omgeving (contact peers, gezin, school,
buurt, etc.) maar ook de macro omgeving (school helemaal, buurt helemaal, stad, land, culturele groep). Die kunnen ervoor zorgen dat je
veerkrachtiger en gezonder wordt. Periode van zowel risicofactoren als van mogelijkheden om gezonde ontwikkeling door te maken.
5. Students are active agents in their own learning, with multiple neurla, relational, and contextual processes converging to produce their unique
developmental rnage and performance. The holistic, dynamic understanding of learning has important implications for the design of personalize
teaching and learning environments that can support the development of the whole child. Kinderen zijn niet passieve ontvangers, maar zijn
active agents van hun eigen leerproces. Ze houden zelf de controle en de zeggenschap en dat doen ze op een actieve manier over op wat zij
willen leren. Dat begint al vanaf de geboorte. Baby van begin af aan al bezig met informatie opnemen.
o Holistisch: alles bij elkaar brengen: biologische factoren, genen, hersenniveau, hormonen, darmstelsel, contacten die iemand heeft met
omgeving, relaties = dat allemaal tezamen belangrijk voor leren en ontwikkeling
Theoretische modellen en begrippen (Cantor et al, 2018)
- Developmental system theories (DST)
- Neuroemergentism, neuralconstructivism, neural re-use, emergent and constraints
- The predictive brain, active interference, free energy principle
1
, - Neuroplasticity, sensitive or critical periods
- Large scale brain networks
Developmental system theories: DST provides a uselful, flexible framework for seeing how multiple factors- both within an individual and his/her micro
and macro-enviornments – act together to shape how children learn, change and systematically grow across the developmental continuum
- Variabiliteit: normen, inzicht in wat ontwikkeling is, wat zijn de oorzaken (= drivers) van deze variaties normen om te bepalen wanneer
iemands ontwikkeling abnormaal is. Ook variatiebreedte: leren lopen tussen 9-20 maanden. Waarom verschillen deze kinderen? = drivers
- Stabiliteit: identificeren van patronen die ontstaan en blijven over de tijd; taalontwikkeling wordt steeds complexer. Gaat kind niet meer
verleren, maar stabiliseert.
- Complexe relaties tussen systemen, sociale omgevingen, interpretaties, waarderingen en internaliseren van onze ervaringen bepalen in welke
richting wij ons ontwikkelen en mogelijkheden om de ontwikkeling te optimaliseren
Kenmerken:
1. Relationeel; geen dichotomie (normaal-abnormaal, lichaam en geest, nature/nurtue, stabiliteit-instabiliteit), maar relationeel = alle verklaringen
zijn complementair, dus de ene verklaring is niet meer funderend dan de andere verklaring
2. Holistisch: geheel is meer dan de delen. Elk deel van een systeem wordt bepaald door de andere delen en hun onderlinge relaties. Bv genen
beïnvloeden hersenprocessen, hersenprocessen beïnvloeden gedrag, maar ook omgekeerd: ervaringen beïnvloeden hersenprocessen en de
werking van genen.
Voorbeeld van developmental system theories: dynamic system models
- Er is geen enkele factor of element in het kind-omgeivng systeem dat gedrag of ontwikkeling stuurt. Gedrag zit niet in het brein. Maar zit in de
interactie tussen brein-lichaam-taak- en omgeving
- Ontwikkeling is geen lineair proces, maar dynamisch: fasen van stabiliteit worden afgewisseld door plotselinge sprongen en tijdelijke regressies
Dick Swaab: hersenen alleen bepaalt alles, maar nee, gedrag juist resultaat van interacties, wisselwerking tussen allerlei verschillende factoren.
Embodiment: belichaming = er bestaat een dynamische iwsselwerking tussen het zenuwstelsel, het lichaam en de omgeving. Het ene element is niet
belangrijker dan het andere.
- Barrett: emoties zijn psychologische constructies die ontstaan in een moment en zijn het resultaat van eerdere ervaringen (= brein), lichamelijke
sensaties (= lichaam) en context (= omgeving). Taal gebruiken om gevoelens in een bepaalde context tot uiting te brengen. Emotie benoemen =
emobidied: emoties wisselwerking situatie waarin je op dat moment bent (context, omgeving), je lichamelijke sensaties die je ervaart (op zichzelf
nog geen emoties), maar pas in combinatie met eerdere ervaringen/dingen die je hebt opgeslagen in je brein, pas een emotie.
Enaction theory: enaction is het idee dat organismen hun eigen ervaring creëren door hun acties. Organismen zijn geen passieve ontvangers van input uit
de omgeving, maar zijn actoren in de omgeving die de eigen ervaringen vormen door de wijze waarop zij handelen.
Enactivisme als term behoort tot een cluster van vergelijkbare termen, ook wel de 4Es genoemd. Mark Rowlands: mentale processen zijn:
1. Embodied: niet alleen het brein is hierbij betrokken, maar ook de lichaamsstructuren en -processen; als baby ineens rechtop kan zitten, ziet de
wereld er heel anders uit
2. Embedded: zij functioneren alleen in een verbonden externe omgeving; functioneren altijd verbonden met de wijde omgeving. Neuronen in de
hersenen zijn embedded; kunnen niet functioneren als niet alle cellen in de omgeving van de neuron bevinden om te zorgen dat het neuron zijn
werk kan doen (gliacellen die neuronen voorzien van voedingsstoffen). Ook op niveau van kind embeddend: kan alleen maar opgroeien in
omgeving met relaties
3. Enacted: zij hebben niet alleen betrekking op neurale processen, maar ook op de dingen die en organisme doet: alle mentale processen vinden
niet alleen maar plaats in onze hersenen, maar hebben ook betrekking op de handelingen die we verrichten. De baby kijkt actief rond.
4. Extended: zij hebben altijd betrekking op de omgeving en het organisme. Alles wat je leert en alle ervaringen die je opslaat hebben een relatie
met de omgeving.
Ecological psychology (Gibson): informatie zit niet in iemands hoofd maar in de omgeving. Door percpetie-actie koppelingen of affordances leert iemand
de eigenschappen van objecten te kennen. Deze eigenschappen zijn niet los van de actie of handeling.
- Bv: als je op een stoel zit dan neem je onmiddellijk de eigenschap ‘zitbaar’ waar. Een stoel is geen stoel als je er niet op kunt zitten. Deze
eigenschap is direct gekoppeld aan het object en is gedefinieerd door de actie met het object.
Emergentie: cognitie bestaat uit een combinatie van kleinere delen, maar is niet zelf te herleiden tot die kleinere delen.
- John Stuart Mill: the chemical combination of two substances produces, as is well known, a third substance with properties different from those
of either of the two substances separately, or both of them taken together. Not a trace of the properties of hydrogen or oxygen is observable in
those of their compound, water. Water bestaat uit waterstof en zuurstof, maar waterstof en zuurstof hebben allebei een hele andere structuur
dan water. Er wordt iets totaal nieuws gecreëerd, namelijk water.
- Neuro-emergentie: verschillende hersengebieden, die betrokken zijn bij simpele functies kunnen samen komen tot meer complexe cognitieve
functies, zoals een emotie, een gedachte, een verlangen of een handeling; uit verschillende gedachten komt plotseling een nieuwe gedachte
(alles valt op z’n plek) en nauwelijks meer te herleiden hoe je op die gedachten kwam
o Je ziet een beker: zijn eerst allemaal losse elementen die binnenkomen in je hersenen en later wordt het in je hersenen weer
opgebouwd tot een beker
Neural reuse (Anderson, 2010): bepaalde hersengebieden die voor een bepaalde functie gebruikt zijn, kunnen opnieuwe gebruikt worden voor de
ontwikkeling van nieuwe vaardigheden
- Bv: Visual Word Form Area (VWFA) betrokken bij het lezen. Lezen is een aangeleerde vaardigheid. Bepaalt hersengebied moet een nieuwe
functie gekregen hebben. In eerste instantie werd dat hersendeel gebruikt voor iets anders, maar nu voor deze nieuwe functie.
2
, Constraints: beperkingen of begrenzing
- Developmental constraints: refer to the limitations on phenotypic ariability (or absence of variation) caused by the inherent structure and
dynamics of the developmental system. Constraints are a bias against a certain ontogenetic trajectory, and consequently are thought to limit
adaptive evolution. Ieder mens wordt geboren met twee handen, met armen, benen, etc. zorgt ervoor dat fenotype beperkt is en welke
ervaringen je ermee op doet. Dus realiseren dat elke manier waarop je ontwikkelt bent als biologisch systeem, lichaam, etc. altijd begrenst is.
- Bv de genetische eigenschappen en de omgeving waarin we opgroeien bepalen dat ij niet sneller kunnen rennen dan een jachtluipaard of
scherper kunnen zien dan een roofvogel.
The predictive brain (Howry, 2012; Clarke 2013): in de hersenen zitten neuronen die actie en perceptie ondersteunen door constant binnenkomende
sensorische input te vergelijken met voorspellingen op basis van eerdere ervaringen en aangeboren kennis
- Voorspelling en input worden continue met elkaar vergeleken
- Doel is het minimaliseren van predictiefouten
- Is er een verschil of predictiefout actie
- Geen predictiefout geen actie
Gaat in tegen idee dat hersenen input binnenkrijgen, dit verwerken en eventueel opslaan en zo een actie te ondernemen naar onze spieren.
Elke verandering in wat je ziet of voelt kan leiden tot een verschil m.b.t. wat je verwacht. Dan ontstaat er een predictiefout en onderneem je actie. Je
dacht dat het allemaal stipjes waren, maar zodra er een raster overgelegd wordt, verschijnt er een drommedaris = je bent verwacht = active inference
Active inference: actief conclusies trekken (is de input in overeenstemming met de verwachtingen of niet?
Predictiefouten moeten zoveel mogelijk vermeden worden, want dat kost energie
Free energy principle (Karl Friston): elk system is er op gericht om vrije energie (dat wat beschikbaar is) te minimaliseren. Hoe minder energie gebruikt
wordt hoe beter het systeem zal functioneren predictiefouten zo klein mogelijke ouden, want dat bespaart energie. Daarom vertrouwd voelen in
bekende, veilige omgeving; kost minimale energie.
Neuro-plasticiteit: vermogen van de hersenen om zijn functie en organisatie te veranderen onder de invloed van ervaringen (Luciana, 2003). Plasticiteit
het grootste als kinderen nog jong zijn. Naarmate je ouder wordt, neemt de plasticiteit af, maar verdwijnt nooit. Ook ouderen zijn in staat om dingen te
leren (muziekinstrument; veranderen hersenen).
- Dendrietvorming
- Synaptogenese: ontwikkeling van nieuwe synaptische verbindingen
- Synapseliminatie: verbindingen kunnen verdwijnen
Neuroplasticiteit: plasticiteit tijdens sensitieve perioden het grootste. Belangrijk dat plasticiteit ook weer afneemt, zodat er specialistische functies
ontstaan
- De hersenen zijn het meest plastisch in de vroege kindertijd (plasticiteit = veel synpatische verbindingen)
- Hoge mate van plasticiteit is gunstig tijdens de ontwikkeling > benutten van ervaringen, betere adaptie en leervermogen
- Gedurende sensitieve perioden is het kind ook kwetsbaar
- Voortdurende plasticiteit is ongunstig, want gaat ten koste van efficiënte, stabiliteit, specialiteit
o Bv schizofrenie: brein blijft te lang plastisch en specialiseert niet
Sensitieve perioden: afgegrensde perioden in de ontwikkeling waarin ervaringen juist in die perioden een sterk effect hebben op de structurele organisatie
van de neural circuits, waardoor stabiele patronen van neurale verbindingen ontstaan die het individu in staat stellen zich aan de omgeving aan te passen
Window of opportunities
Brain networks: nieuw paradigma
- Hersenstructuur en hersenfuncties zijn te beschrijven als een systeem van grootschalige (large scale) en kleinschalige (small world) netwerken of
modules
o Structureel: verbindingen binnen en tussen hersengebieden
o Functioneel: co-activatie (neurale en oscillaties) van neuronen binnen en tussen hersengebieden
Graph theory: netwerktheorie fo grafentheorie: een theorie die een beschrijving geeft van hoe grootschalige en kleinschalige netwerken zijn opgebouwd
- Elk netwerk bestaat uit knooppunten (nodes) die met elkaar verbonden (edges( zijn en elk knooppunt heeft een bepaald aantal verbindingen of
connecties (hubs, nodes, rich clubs)
- Brede toepassingen
o Edges: axon en synaps, axonen, axonbundels of witte stofbanen
o Node: neuron of anatomisch afgegrensd hersengebied (bv hippocampus of amygdala)
o Hub: node met veel edges, bv amygdala
o Rich clubs: soort superhubs, bv thalamus
o Modules: kleinschalige network met een gespecialiseerde functie, bv waarneming van gezichten
o Large scale network: netwerk bestaande uit verschillende modules, bv het Default Mode Network
Efficiëntie: balans tussen energiebesparing en integratie
- Informatie uitwisselen kost energie (glucose, zuurstof)
Menon (2013): drie large scale networks:
- Two task positive networks:
o Executive control network
o Salience network
- Task negative network
o Default mode network
3