Gedragsneurowetenschappen
HOOFDSTUK 1 – WAT IS DE OORSPRONG VAN HERSENEN EN GEDRAG
HET BREIN IN DE EENENTWINTIGSTE EEUW
WAAROM HERSENEN EN GEDRAG BESTUDEREN?
1. Hoe de hersenen gedrag produceren is een belangrijke wetenschappelijke vraag
2. De hersenen zijn het meest complexe orgaan op aarde en worden bij veel diersoorten aangetroffen
3. Een groeiende lijst van gedragstoornissen kan verklaard en behandeld worden naarmate de kennis van hersenen toeneemt
4. Studie van de hersenen leidt tot begrip van diversiteit
5. Studie van de hersenen brengt inzichten op andere kennisgebieden en is een bron van werkgelegenheid
WAT IS HET BREIN?
Het brein is een onderdeel van het menselijk zenuwstelsel
§ Neuronen: cellen in het zenuwstelsel
- Verbonden met elkaar, de spieren en organen van het lichaam
- Betrokken bij informatieverwerking
- Sturen elektrische en chemische signalen om te communiceren met elkaar, met
sensorische receptoren in de huid, met spieren en met interne lichaamsorganen
§ Gliacellen: ondersteunen de functie van de neuronen
(A) Cerebrum (forebrain) (B) Right hemisphere of cerebrum
Het centrale zenuwstelsel Right
hemisphere
Left
hemisphere
§ Omvat de hersenen en het ruggenmerg
§ Omringd door gebeente/bot
§ Vormt de fysieke kern van het zenuwstelsel
§ Is de kernstructuur die het gedrag reguleert
Brainstem Brainstem Cerebellum
Het perifere zenuwstelsel
§ De grote hersenen (cerebrum): twee symmetrische helften/hemisferen (links en rechts)
§ De neocortex: weefsel dat het grootste deel van de hersenen bedenkt én verantwoordelijk voor bewust gedrag
§ Hersenstam/cerebrum: omhult door de cortex én verantwoordelijk voor onbewust gedrag
§ Cerebellum: dominante deel van de hersenstam, gespecialiseerd in het leren en coördineren van onze bewegingen
§ Somatisch: aansturen van beweingen
§ Autonoom: aansturen van organen
§ Enterisch: aansturen van de dikke darm
De term hersenen duidt op het orgaan en het feit dat dit orgaan gedrag voortbrengt
Raadpleeg studies blz. 5-7
Conclusie: Studies tonen aan dat de hersenen in hoge mate bewust kunnen zijn, zelfs als er sprake is van veel openlijk
gedrag. Ze laten ook zien dat de hersenen bij afwezigheid van openlijk gedrag kunnen communiceren via de signalen
die door hun activiteit worden gegenereerd
WAT IS GEDRAG?
§ Patronen in de tijd: denken, bewegingen, vocalisaties of veranderingen in het uiterlijk
§ Dieren vertonen vooral erfelijk gedrag: gedrag vertonen zonder of met weinig ervaring
§ Dieren kunnen leren: ervaring en oefenen nieuw gedrag verwerven, afhankelijk van de plasticiteit van hersenen
§ Bepaalt door stimuli: gedrag begrijpen vanuit de functie die het heeft
§ Gedrag wordt beïnvloed door evolutionaire processen en de selectieve druk van de omgeving
§ Gedrag uitlokken dat overleving en voortplanting waarschijnlijker maken
Definitie: gedrag is elke vorm van beweging, inclusief denken en verbeelden, in een levend organisme. Elk gedrag heeft
zowel een oorzaak als een functie, maar gedrag varieert in complexiteit en de mate waarin het geërfd of aangeboren is,
en de mate waarin het afhankelijk is van ervaring en leren
1
,THEORIEËN OVER HERSENEN EN GEDRAG
ARTISTOTELES EN MENTALISME
§ Het begin van hedendaagse psychologie, waarin de hersenen geen rol speelden
§ Hersenen zijn volgens hem een afkoelingsmechanisme
§ De werking van de geest staat los van de natuurlijke wereld: geen wisselwerking tussen brein en geest
§ Aristoteles dacht dat alle menselijke intellectuele functies door de psyche van een persoon worden voortgebracht
De psyche
§ Een niet-materiële entiteit die onafhankelijk is van het lichaam, maar verantwoordelijk voor het bewustzijn,
percepties, emoties en voor processen als verbeelding, mening, verlangen, plezier, pijn, geheugen en rede
§ De psyche is essentieel voor het leven en het vertrekt ervan uit het lichaam resulteert in de dood
Mentalisme
§ De geest (psyche) van een persoon is verantwoordelijk voor gedrag
§ Blijft de moderne gedragswetenschappen beïnvloeden
§ Veel psychologische termen die zijn gecreëerd om de functies van bewustzijn, sensatie, perceptie, aandacht,
verbeelding, emotie, motivatie, geheugen en wil te beschrijven, worden nog gebruikt als beschrijvingen van gedrag
DESCARTES EN DUALISME
§ Een gedragstheorie waarin de geest een centrale rol blijft spelen, maar waarbij ook de hersenen een rol spelen
§ Lichaam en geest moeten aangesloten en verenigd worden om mensen te vormen
§ Beïnvloed door een verscheidenheid aan machines: mechanische en natuurkundige principes konden de meeste
activiteiten van het lichaam en de hersenen verklaren, zoals beweging, spijsvertering en ademen
§ Kon zich niet voorstellen hoe het bewustzijn gereduceerd kon worden tot een mechanisch mechanisme
De pijnappelklier
§ De geest werkt samen met het lichaam om beweging te produceren
§ Via een kleine structuur in het centrum van de hersenen
§ De geest geeft instructies aan de pijnappelklier, gelegen naast de met vloeistof gevulde
holten van de hersenen = ventrikels, om vloeistof door de zenuwen naar de spieren te leiden
§ Als het vocht de spieren uitzet, zou het lichaam bewegen
Dualisme
§ Idee dat gedrag gecontroleerd wordt door twee entiteiten: materieel lichaam en niet-materieel lichaam
§ Argument tegen dualisme: niet-materiële entiteit kan op geen enkele manier het lichaam beïnvloeden, dit vereist
de spontane opwekking van energie, wat in strijd is met de natuurkundige wet van behoud van materie en energie
Twee tests om de aanwezigheid van bewustzijn vast te stellen, gebaseerd op taalgebruik en geheugenvermogen (blz. 10)
§ Turing-test: imitatiespel waarin een machine als bewust kon worden beschouwd als een ondervrager of rechter
zijn antwoorden niet kon onderscheiden van die van een mens
§ The speaking brain: het vermogen van chimpansees om te communiceren wordt beschouwd als een
gedragskenmerk dat het samenleven in grote groepen mogelijk maakt. Het taalachtige gedrag van chimpansees
vertoont overeenkomsten met het gedrag van moderne mensen
Descartes' theorie van de geest leidde tot enkele negatieve consequenties
§ Wreedheid tegenover dieren, kinderen en geestesziekten
§ Mensen zonder het vermogen tot juist redeneren, zouden als machines kunnen worden behandeld
DARWIN EN MATERIALISME
Materialisme: idee dat gedrag volledig kan worden verklaard door de werking van hersenen en rest van het zenuwstelsel
Evolutie door natuurlijke selectie
§ Evolutie: alle levende organismen zijn met elkaar verbonden; veel diersoorten vertonen overeenkomsten in hun
uiterlijk en hebben gedragskenmerken die hen aan hun omgeving aanpassen, die vervolgens worden doorgegeven
§ Natuurlijke selectie: theorie over hoe nieuwe soorten evolueren en hoe bestaande soorten veranderen in de tijd
§ Een soort: groep organismen die zich onderling kunnen voortplanten
§ Fenotypen: individuele organismen van welke soort dan ook variëren in hun fenotype, de kenmerken die we
kunnen meten of zien
2
,Natuurlijke selectie en erfelijke factoren
§ Mendel concludeerde dat erfelijke factoren (genen) verschillende fysieke eigenschappen van de soort bepalen
§ Leden van een soort met bepaalde genetische samenstelling/genotype, zullen soortgelijke eigenschappen of
fenotypes vertonen
§ Het vermogen van individuele organismen om te overleven en zich voort te planten houdt verband met de
verschillende genen die ze van hun ouders erven
Vraag: Hoe geven ouders erfelijke factoren door aan hun nakomelingen?
Procedure: Leden van een soort met een bepaald
genotype vertonen meestal een vergelijkbaar
fenotype. Mendel experimenteerde met
kruisingen van witbloemige en paarsbloemige
erwtenplanten. In de F1-generatie produceerden
witbloemige ouders witbloemige nakomelingen
en paarsbloemige ouders paarsbloemige
nakomelingen. In de F2-generatie vertoonden alle
nakomelingen het paarse fenotype, maar bij het
kruisen van F2 paarse bloemen, produceerde de
F3-generatie een verhouding van ongeveer één
witte tot drie paarse bloemen.
Conclusie: individuen erven voor elke eigenschap
twee factoren/genen, maar de ene kan de andere
domineren en verbergen/onderdrukken in het
fenotype van het individu
Samenspel van genen, omgeving en ervaring
Epigenetica: (voorbij de genen) bestudeert hoe genexpressie op verschillende tijdstippen in- of uitgeschakeld wordt en
hoe omgeving en ervaring ons gedrag beïnvloeden via hun effecten op onze genen
Conclusie materialisme
Basis materialistische benadering: theorieën over natuurlijke selectie, genetische overerving en epigenetica
Belangrijke implicaties voor het bestuderen van de hersenen en het gedrag
1. Alle diersoorten zijn verwant, dus moeten hun hersenen ook verwant zijn
2. Alle diersoorten zijn verwant, dus hun gedrag moet ook verwant zijn
3. Hersenen en gedrag bij complexe dieren (mensen) zijn geëvolueerd uit de hersenen en gedrag van simpelere dieren
4. Bewustzijn en andere processen die aan de geest worden toegeschreven, moeten het product zijn van het zenuwstelsel
HEDENDAAGSE PERSPECTIEVEN OP HET BEWUSTZIJN
Donald O. Hebb
§ Leverde de eerste verklaring van bewustzijn die alleen afhankelijk was van de hersenfunctie
§ Hij stelde voor dat kleine groepen neuronen, als resultaat van leren, nieuwe verbindingen met elkaar smeden om
een celsamenstel (cell assembly) te vormen, dat het fundament is voor een geheugen
§ Het koppelen van celassemblages is daarom het koppelen van herinneringen, dit resulteert in het bewustzijn van
onze eigen handelingen en die van anderen
Patricia Churchland: Als we eigenschappen zoals bewustzijn, pijn en aandacht kunnen verklaren door fysieke
mechanismen, dan hebben we geen mentale verklaringen meer nodig
Giulio Tononi: Phi-theorie
§ De wakende activiteit van het Phi-netwerk produceert wat wij als bewustzijn ervaren
§ Ontwikkeld obv. nieuwe methoden voor het gebruik van MRI om de structuur en functie van de hersenen te visualiseren
Ted talk: Gost boy: https://www.youtube.com/watch?v=WD1IX1AFRZg
Ted talk: Do we see reality as it is: https://www.youtube.com/watch?v=oYp5XuGYqqY
3
, EVOLUTIE VAN HERSENEN EN GEDRAG
Reconstructie van de evolutie van het menselijk brein en gedrag
1. Dieren beschrijven die aanvankelijk een zenuwstelsel en spieren ontwikkelden, waardoor ze konden bewegen
2. Hoe het zenuwstelsel complexer werd naarmate de hersenen zich ontwikkelden om complex gedrag te reguleren
3. Hoe het menselijk brein zijn huidige complexiteit heeft ontwikkeld
Common ancestor: een voorouder waaruit twee of meer geslachten of familiegroepen komen
Wetenschappers kunnen afstammingslijnen construeren obv. gemeenschappelijke voorouders, door genen, hersen-
en gedragskenmerken van mensen en verwante dieren te vergelijken
OORSPRONG VAN HERSENCELLEN EN HERSENEN
§ 4,5 miljard jaar geleden: ontstaan van aarde
§ 1 miljard jaar geleden: ontstaan van eerste levensvormen
§ 700 miljoen jaar geleden: ontwikkeling van eerste hersencellen bij dieren
§ 250 miljoen jaar geleden: evolutie van eerste hersenen
§ 6 miljoen jaar geleden: ontwikkeling van eerste menselijk brein
§ 200.000 jaar geleden: ontstaan van moderne menselijke brein The basics: Classification of Life blz. 16
EVOLUTIE VAN ZENUWSTELSELS IN DIEREN
1. Neuronen en spieren: waardoor beweging mogelijk is, met oorsprong in eencellige dieren en later meercellige dieren
2. Zenuwnet: eenvoudig zenuwstelsel zonder centraal punt, bestaande uit neuronen die sensorische informatie
ontvangen en direct verbinding maken met neuronen die spieren aansturen
3. Bilaterale symmetrie: het zenuwstelsel aan één zijde van het dier is symmetrisch aan dat aan de andere zijde
4. Segmentatie: het zenuwsteltel heeft herhalende segmenten; het menselijke ruggenmerg en de hersenen ook
5. Ganglia: clusters van neuronen die lijken op primitieve hersenen
6. Ruggenmerg: bij hoog ontwikkelde chordadieren (dieren met hersenen en ruggenmerg), verbindt een zenuwstelsel
de hersenen met senorische receptoren en spieren
7. Hersenen: het fylum van chordadieren (amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren) vertoont de grootste mate van
encefalisatie: een echt brein; mensen hebben de grootste hersenen in verhouding tot hun lichaamsgrootte
Een zenuwstelsel is niet essentieel voor het leven
HERSENEN VAN CHORDADIEREN
Cladogram
§ Kaart om de hypothetische fylogenetische relatie tussen diersoorten weer te geven
§ De vertakkingspunten geven de punten aan waarop elk van de twee takken een gemeenschappelijke voorouder
hadden en de afstand tussen vertakkingspunten vertegenwoordigt de afstand van relaties
Zenuwstelsel van de chordadieren
§ Structurele basispatroon van bilaterale symmetrie
§ Segmentatie
§ Ruggenmerg en hersenen ingekapseld in kraakbeen/bot
Cerebrum en cerebellum van chordadieren
§ Alle chordadieren hebben een hersenstam
§ Vogels en zoogdieren: groter cerebellum en cerebrum
§ Cerebrum en cerebellum opgeplooid in een smalle
schedel, dit maakt complexe bewegingen mogelijk
(vb. manipulatie van mond en handen om te eten,
verbeterd leervermogen, sociaal wenselijk gedrag…)
4
