Hoofdstuk 1: Kennismaking met cognitieve neurowetenschappen
1: Inleiding
MIND EN HERSEN: een empirisch voorbeeld
Wilder Penfield
• Een Canadese neurochirurg
• pionierde met een nieuwe techniek voor de behandeling van epilepsie
Proces:
• Patiënten wakker terwijl hersenen worden geëlektrocuteerd
• Afhankelijk van geëlektrocuteerde locatie verschillende ervaring
o Vb. Elektrocutie in occipitale cortex, patiënt rapporteert ster die naar beneden komt naar neus
o Vb. Elektrocutie in centrale sulcus, patiënt meldt dat vingers en duim een sprong geven
o Vb. Elektrocutie in temporale cortex, patiënt rapporteert weer muziek te horen, als een radio
NU: methodes waarbij de schedel niet geopend hoeft te worden
Cognitieve neurowetenschappen:
- Streeft naar een op de hersenen gebaseerde beschrijving van cognitieve en gedragsprocessen (Perceiving,
herinneren…)
- Mogelijk gemaakt door technologische vooruitgang om de hersenen te bestuderen: veiliger en
minder ruw dan bijvoorbeeld de methode van Penfield.
o Vb. TMS, MRI, MEG, EEG
2: Cognitieve neurowetenschappen in historisch perspectief
2.1: Filosofische benaderingen van geest en hersenen
- Ontstaan mentale ervaringen in het hart (Aristoteles) of in de hersenen (Plato)?
Geest-lichaam probleem
• = Geest-brein probleem = impliceert hoe een fysieke substantie (hersenen/lichaam) kan leiden
tot mentale ervaring
• Dualisme : (Descartes)
o Lichaam en geest zijn 2 aparte substanties
o Geest: onsterfelijk en niet materieel
o Lichaam: sterfelijk en materieel
o Niet juist
• Dubbel-aspect theorie: (Spinoza)
o Geest en lichaam zijn 2 niveaus van uitleg van hetzelfde (dus niet twee verschillende dingen)
• Reductionisme (Churchland)
o Verstand uitsluitend verklaard in termen van fysische of biologische theorie
o Geest zal vervangen worden door biologische constructen
1
,2.2: Wetenschappelijke benaderingen van geest en hersenen
Vroege anatomisten geloofden dat ventrikels belangrijk waren en dat de cortex een bijproduct was
- Ruggenmergvloeistof in ventrikels werd beschouwd als belangrijkste van de hersenen
- Zeer gedetailleerde tekeningen over de ventrikels
de
Tot 18 eeuw werd de cortex vaak schematisch getekend of verkeerd voorgesteld.
- Omdat ze dachten dat ventrikels belangrijker waren
GALL & SPURZHEIM (1810)
Gall en Spurzheim geven een nauwkeurige weergave van de kenmerken van de hersenen. Hun ideeën
waren revolutionair, wat resulteerde in de ontwikkeling van de frenologie
1) Verschillende delen van de cortex hebben verschillende functies en zijn gerelateerd met
verschillende gedragingen
2) Verschillen in persoonlijkheidskenmerken manifesteren zich in verschillen in corticale grootte en
bulten op de schedel;
3) Ruwe indeling van psychologische eigenschappen (bijv. "liefde voor dieren") (nuttig om te zien
wat verschillende delen van de hersenen zouden doen)
Geen van deze drie was wetenschappelijk onderbouwd, maar de eerste bleek correct te zijn
Hersenlobben & Kaarten van de hersenen
• Hoewel de frenologie in diskrediet is gebracht, heeft het idee dat verschillende hersengebieden verschillende
functies hebben de test des tijds doorstaan.
• De moderne cognitieve neurowetenschap maakt gebruik van empirische NEUROSCIENCE-methoden om
verschillende COGNITIEVE functies vast te stellen.
• Het gaat er niet van uit dat elk gebied één functie heeft, of dat elke functie een discrete locatie heeft (in
tegenstelling tot de frenologie), maar veronderstelt en toont empirisch een zekere mate van functionele
specialisatie aan.
2
,Functionele specialisatie :
Broca's waarnemingen
- Patiënt die alleen 'Tan' kon zeggen, met links frontale laesie
- Goede cognitieve vaardigheden (maar kon gewoon niet uitspreken)
Wernicke's observaties
• Patiënt met slecht spraakverstaan, maar goede productie
Suggereert ten minste twee taalfaculteiten in de hersenen (begrip versus productie) die onafhankelijk
van elkaar kunnen worden beïnvloed door hersenletsel
Deze conclusie kan worden getrokken zonder te weten waar in de hersenen ze zich bevinden.
➔ COGNITIEVE NEUROPSYCHOLOGIE
Niet altijd mogelijk om te weten waar dingen zich in de hersenen bevinden, vroeger was het alleen mogelijk om
schade te vinden nadat de patiënt was overleden
- MAAR met gedragssymptomen kun je ook weten waar er schade is in de hersenen
Minds zonder hersenen: computermetafoor
• Een groot deel van de 20-eeuwse psychologie hield zich bezig met observaties van gedrag, in plaats van
observaties van de hersenen tijdens gedrag.
• Dit leidde tot modellen van cognitie die niet direct verwijzen naar de hersenen, bijvoorbeeld de
informatieverwerkingsmodellen die populair waren vanaf de jaren 1950.
• De modellen zijn geïnspireerd door de geest te zien als een reeks routines, zoals die in computers worden
gebruikt.
Connectionistische modellen
• = wiskundig (computationeel) van aard zijn, maar geen seriële verwerking en discrete routines omvatten
2.3: De geboorte van de cognitieve neurowetenschappen
De terugkeer van de hersenen :
Door de vooruitgang in de beeldvormingstechnologie kregen de hersenen weer meer aandacht, wat
leidde tot de ontwikkeling van functionele beeldvorming van de hersenen.
• Jaren 1970: structurele beeldvormingsmethoden (CT, MRI) maken nauwkeurige beelden van de hersenen (en
hersenletsels) mogelijk
• 1980s: PET aangepast aan cognitiemodellen ontwikkeld door psychologen
• 1985: TMS wordt voor het eerst gebruikt (een niet-invasief, veiliger equivalent van Penfields eerdere
onderzoeken)
• 1990: zuurstofgehalte in het bloed gebruikt als maat voor cognitieve functie (het principe achter fMRI)
3
, Methoden :
Verschil tussen recording en stimulation methoden :
• Directe stimulatie van de hersenen wordt nu zelden gedaan
• NU: stimulatie over de schedel (transcraniaal) -> TMS (transcranial magnetic stimulation)
& tES (transcraniale electric stimulation)
• En EEG/ERP en MEG (magnetophysiological methods)
• Recording : PET, fMRI en fNIRS -> leggen de fysiologische veranderingen vast geassocieerd met hoeveelheid
bloed in de hersenen = hemodynamische methoden
Verschillende methoden hebben verschillende resoluties
- Y-as: ruimtelijke resolutie
= nauwkeurigheid van WAAR gebeurtenis
plaatsvindt
- X-as: temporele resolutie
= nauwkeurigheid van WANNER gebeurtenis
plaatsvindt
Lager is beter Vb. Opname met meerdere
eenheden
Cognitieve neurowetenschap is geen frenologie:
• De moderne cognitieve neurowetenschap maakt gebruik van empirische NEUROSCIENCE-methoden om
verschillende COGNITIEVE functies vast te stellen.
• De moderne cognitieve neurowetenschappen bouwen voort op de informatieverwerkingsdiagrammen van de
(cognitieve) psychologie
• In combinatie levert dit niet alleen informatie op over wat waar gebeurt, maar ook over hoe het gebeurt
Update : Integratie van computers & hersenen: Computationele cognitieve neurowetenschappen
- Computernetwerk met lagen van verwerking
- Grafiek, parallel rekenen met computers
- Steeds minder verschil tussen hersenen en computer
4
