Samenvatting: The Students Guide to Cognitive Neuroscience, Jamie
Ward, 4th edition.
Hoofdstuk 1: introducing cognitive neuroscience
De term cognitie (cognition) verwijst naar verschillende hogere mentale processen zoals
denken, waarnemen, verbeelden, spreken, handelen en plannen.
Cognitieve neurowetenschap (cognitive neuroscience) is een overbrugging tussen cognitieve
wetenschap en cognitieve psychologie enezijds en biologie en neurowetenschappen
anderzijds.
Cognitieve neurowetenschappen in historisch perspectief
Filosofische benaderingen van geest en brein
Mind-body problem, hoe komt het dat een fysieke substantie (de hersenen) aanleiding kan
tot onze gewaarwordingen, gedachten en emoties.
Verschillende standpunten mind-body problem:
o Dualisme (dualism), hierbij zeggen ze dat de geest en de hersenen uit verschillende
soorten substanties bestaan, maar ze kunnen wel op elkaar inwerken. à Weinig
hoop voor cognitieve neurowetenschap als het dualisme waar is, omdat de
methoden van nu het niet-fysieke domein niet kunnen onderzoeken.
o Dual-aspect theorie (dual-aspect theory), geest en brein zijn twee verschillende
niveaus van verklaring voor hetzelfde, maar het zijn niet twee verschillende soorten
dingen.
o Reductionisme (reductionism), hoewel cognitieve, op de geest gebaseerde
concepten (emoties, herinneringen, aandacht) momenteel nuttig zijn voor
wetenschappelijke verkenning, zullen ze uiteindelijk vervangen worden door puur
biologische constructies (psychologie wordt uiteindelijk teruggebracht tot biologie
naarmate we meer over de hersenen leren).
Wetenschappelijke benadering van geest en brein
Ons begrip van de hersenen ontstond grotendeels pas laat (19de eeuw).
o Aristotles: de ratio van hersengrootte tot lichaam was het grootst bij intellectueel
ontwikkelde soorten. (Hij dacht alleen dat cognitie een product was van het hart en
niet de hersenen – hersenen waren een koelsysteem).
o Galenus: observeerde hersenletsel bij gladiatoren en merkte op dat zenuwen van en
naar de hersenen uitsteken. Mentale ervaringen in ventrikels (in de hersenen vier
onregelmatig gevormde holten)
o Gall en Spurzheim: frenologie (Phrenology), twee aannames: 1, verschillende
hersengebieden vervullen verschillende functies en worden met ander verschillend
gedrag geassocieerd (Functionele specialisatie (functional specialization),
verschillende hersengebieden zijn gespecialiseerd voor verschillende functies). 2, de
grootte van deze regio’s vervormingen van de schedel veroorzaakt en correleert met
individuele verschillen in cognitie en persoonlijkheid.
o Broca: onderzoek naar twee patiënten met hersenbeschadiging die het
spraakvermogen had aangetast. taal à bepaald gebied van de hersenen, vervolg
studies à taal kan worden onderverdeeld in spraakherkenning, spraakproductie en
, conceptuele kennis. Enorme stap vooruit voor denken over de geest en hersenen. Dit
noemen we: Cognitieve neuropsychologie (cognitive neuropsychology), de
benadering om patiënten met verworven hersenbeschadiging te gebruiken om
theorieën over normale cognitie te informeren.
Cognitieve neuropsychologie = cognitieve neurowetenschap
o Psychologie, als discipline neemt de studie van de geest weg van zijn biologische
fundamenten.
o De moderne grondslagen van de cognitieve psychologie liggen in de
computermetafoor van de hersenen en de
informatieverwerkingsbenadering (information-
processing) à een benadering waarbij gedrag
beschreven wordt in termen van een opvolging van
cognitieve stadia.
Broadbent: cognitie bestaat voor een groot deel uit
een opeenvolging van verwerkingsstadia. Perceptuele
processen vinden plaats, gevolgd door
aandachtsprocessen die informatie overbrengen naar
het kortetermijngeheugen en vandaar naar het lange
termijngeheugen. Implicatie à iemand kan het
cognitieve systeem op dezelfde manier begrijpen als de reeks stappen die door een
computerprogramma worden uitgevoerd (zonder verwijzing naar hersenen).
o Fodor: theorie van modulariteit (modularity), het idee dat bepaalde cognitieve
processen (of hersengebieden) beperkt zijn in het soort informatie dat ze verwerken.
Onderscheid tussen twee verschillende klassen:
1. Centrale systemen à domeinonafhankelijk, type verwerkte informatie is niet
specifiek.
2. Modules à worden gehouden om domeinspecificiteit (domain specifity) aan te
tonen doordat ze slechts één bepaald type informatie verwerken
o Het idee van de geest als computerprogramma is in de loop der jaren vooruitgegaan,
veel cognitieve modellen bevatten bijvoorbeeld:
• Interactiviteit (interactivity), verwerkingsstadia zijn niet strikt gescheiden,
latere stadia kunnen beginnen voordat eerdere stadia zijn voltooid. Latere
stadia kunnen de uitkomst van eerdere stadia beïnvloeden (top-down (à
invloed van latere stadia op verwerking van eerdere stadia) verwerking i.p.v.
bottom-up(à informatie van eenvoudiger naar meer complex)).
• Parallelle verwerking (Parallel processing), veel verschillende informatie kan
tegelijkertijd worden verwerkt
De geboorte van cognitieve neurowetenschap
De vorderingen in de beeldvormingstechnologie vormde de drijvende kracht voor de
moderne cognitieve neurowetenschap. Technologische vooruitgang op het gebied van
beeldvorming heeft niet alleen geleid tot ontwikkeling van functionele beeldvorming, maar
heeft het ook mogelijk gemaakt om hersenletsel nauwkeurig te kunnen beschrijven op
manieren die voorheen nooit mogelijk waren.
Het onderscheid tussen opnamemethoden (recording methods) en stimulatiemethoden
(stimulation methods) is cruciaal in de cognitieve neurowetenschappen. Direct elektrische
,stimulatie komt nu bijna niet meer voor, nu wordt er gebruik gemaakt van stimulatie over de
schedel in plaats van rechtstreeks naar de hersenen (d.w.z. transcraniaal). Zoals:
o Transcraniële magnetische stimulatie (TMS)
o Transcraniële elektrische stimulatie (tES)
Methoden die de elektrische en magnetische eigenschappen van de neuronen vastlegt
o Elektrofysiologische methoden
(EEG/ERP en eencellige opnames)
o Magneto fysiologische methoden (MEG)
Hemodynamsiche methoden
Functionele beeldvormingsmethoden
registreren fysiologische veranderingen die
samenhangen met de bloedtoevoer naar de
hersenen (evolueren langzaam)
o Position emission tomography (PET)
o Functional magnetic resonance imaging
(fMRI)
o fNIRS
Temporele resolutie (Temporal resolution), verwijst naar de nauwkeurigheid waarmee men
kan meten wanneer een gebeurtenis plaatsvindt.
Ruimtelijk resolutie (spatial
resolution), verwijst naar de
nauwkeurigheid waarmee men
kan meten waar een gebeurtenis
plaatsvindt.
De invasiviteit van een methode
verwijst naar de vraag op de
apparatuur zich intern of extern
bevindt.
Heeft cognitieve psychologie het brein nodig?
Het is niet zo dat cognitieve neurowetenschappen cognitieve psychologie aan het vervangen
is maar het gaat er meer om dat cognitieve psychologische theorieën, theorieën en
experimenten kan informeren in de neurowetenschappen en andersom.
Het is niet zo dat functionele beeldvorming ons alleen maar vertelt waar cognitie plaatsvindt
en niet hoe het gebeurt.
Ander onderscheid tussen cognitieve psychologie en cognitieve neurowetenschappen is
tussen software en hardware (komt voort uit de computeranalogie waarin men iets kan
leren over informatieverwerking (software) zonder iets te weten over de hersenen
(hardware)). Computeranalogie is een beetje misleidend want computersoftware wordt
geschreven door computerprogrammeurs en informatieverwerking niet door een derde
persoon. De biologische beperkingen die door de hersenen worden opgelegd bepalen de
aard en de beperkingen van cognitie.
, Heeft neurowetenschap cognitieve psychologie nodig?
De komst van technieken zoals functionele beeldvorming heeft een revolutie
teweeggebracht. Tegenwoordig bestaat er technologie waarmee we de hersenprocessen
kunnen bestuderen waar dat voorheen nog niet denkbaar was. Bij functionele
beeldvormingsexperimenten neemt men grijze materie, witte materie bloedvaten enz. waar
en niet herinneringen, gedachten, percepties ect. Het ontwikkelen van een raamwerk om
deze twee met elkaar in verband te brengen houdt in dat het mind-body problem
stilzwijgend of expliciet moet worden aangepakt.
Redenen waarom frenologie faalde:
1. Methode had geen echte wetenschappelijke onderbouwing
2. De gebruikte psychologische constructen waren naïef
Om deze reden hebben functionele beeldvorming en andere ontwikkelingen in de
neurowetenschappen de inzichten uit de cognitieve psychologie nodig om geschikte
onderzoeksvragen te formuleren.
Voorlopig spelen cognitieve, op de geest gebaseerde concepten een essentiële rol in de
cognitieve neurowetenschappen.
Van modules tot netwerken
Toekomst cognitieve neurowetenschap: veel van het huidige onderzoek gericht op het
begrijpen van de geest en het brein als netwerk (dynamisch veranderend activiteitspatroon
over verschillende hersengebieden). Niet alleen hersengebieden hebben een zekere mate
van functionele specialisatie, maar hele netwerken kunnen ook enkele specialisaties hebben.
Deze netwerkbenadering wordt geïllustreerd door de huidige inspanningen om het
menselijke connectoom (connectome à een uitgebreide kaart van neurale verbindingen in
de hersenen die kan worden gezien als het bedradingsschema) in kaart te brengen.
Netwerken zijn niets nieuws maar waar ze nu mee bezig zijn ziet er heel anders uit
1. Netwerkarchitectuur die cognitie ondersteunt is afgeleid van biologisch gebaseerde
observaties van het structurele en functionele connectoom. Dit wordt ondersteund
door grafentheorie (Graph Theory), à Een wiskundige techniek voor het berekenen
van het verbindingspatroon (of "bedradingsschema") uit een reeks correlaties.
2. Hersengebieden kunnen een reeks verschillende functies vervullen, afhankelijk van
met welke andere delen van de hersenen ze communiceren.
Als het brein een netwerk is, moeten de verschillende huns in het netwerk verschillende
functionele specialisaties hebben.
De centrale uitdaging voor cognitieve neurowetenschap voor de toekomst is dus nieuwe
manieren ontwikkelen om de relatie tussen hersenstructuur (met name connectomics) en
functie (d.w.z. cognitie en gedrag) te beschrijven.
Samenvatting en belangrijkste punten
o The mind-body problem verwijst naar de vraag hoe fysieke materie (de hersenen)
mentale ervaringen kan produceren en dit blijft een blijvend probleem in de
cognitieve neurowetenschappen.
o Tot op zekere hoogte zijn de verschillende hersengebieden gespecialiseerd voor
verschillende functies
o Functional neuroimaging is de drijvende kracht geweest achter een groot deel van de
ontwikkelingen van de cognitieve neurowetenschap, maar er schuilt een gevaar in
