Samenvatting Cognitive Neuroscience literatuur
Gazzaniga “The biology of the mind” 4e editie (ISBN: 9780393922288)
alle hoofdstukken behalve 4&11
,Hoofdstuk 1: A brief history of cognitive neuroscience
Het veld van neurologie en neuroanatomie is ontstaan doordat geïnteresseerde dokters lijken mochten
bestuderen. Thomas Willis (1621-1675) was de eerste dokter die de term neurologie gebruikte en wordt
gezien als een van de pioniers in het veld. Hij was de eerste die dacht dat abnormaal gedrag voort kon
komen uit veranderingen in de hersenstructuur. Hij begon mensen te behandelen en publiceerde
theorieën over specifieke functies van hersengebieden. Samen met architect Wren begon hij ook
tekeningen te maken om de hersenen in beeld te krijgen. Hij verzon de namen voor allerlei
hersengebieden en had zelfs al een theorie over wat wij nu neuronale conductie noemen. Willis is aan te
wijzen als de verantwoordelijke voor het ontstaan en groeien van de neurologie en is uiteindelijk dus ook
verantwoordelijk voor het ontstaan van de cognitieve neurowetenschap van honderden jaren later.
De naam cognitive neuroscience kwam pas in 1970 op. Het veld bestond toen al enige tijd, maar had nog
geen concrete naam gekregen. De mens (en daarmee ook hun hersenen) zijn onderworpen aan evolutie.
Hersenen zoals wij die nu bestuderen bestaan pas ongeveer 100.000 jaar, wat helemaal niet lang is. het
is belangrijk om te blijven denken aan evolutie wanneer je de hersenen bekijkt. Want volgens het
principe van evolutie moet elke functie die onze hersenen nu hebben, een specifieke reden hebben
waarom het is ontwikkeld en nog steeds bestaat.
Pas vanaf de negentiende eeuw wordt er echt structureel en wetenschappelijk gekeken naar de
hersenen. De cognitive neuroscience kent een centraal thema: werkt het brein als een geheel samen om
de mens aan te sturen, of is er sprake van allerlei kleine gespecialiseerde onderdelen die (voor een deel)
onafhankelijk werken?
Localisationisme of aggregate field theory?
Willis’ ideeën over hersenen en gedrag (eigenlijk al cognitive neuroscience) vervaagden lange tijd. De
volgende grote naam die het veld weer deed groeien was Franz Joseph Gall (1758-1828). Hij was ervan
overtuigd dat specifieke delen van de cortex in relatie stonden met specifieke functies of gedrag. Hij
stelde ongeveer 35 functies voor. Wanneer mensen een specifieke functie meer zouden oefenen, zou dit
hersengebied groeien, en wanneer mensen de functie niet zouden gebruiken, zou het bijbehorende
gebied krimpen. Dit zou af te lezen zijn aan de schedel (bobbels en kuilen). Gall ontwikkelde hiermee de
frenologie, waarbij hij persoonlijkheid aflas aan de schedel.
Flourens (1794-1867) werd gevraagd door Napoleon Bonaparte om de validiteit van frenologie te
achterhalen. Gall was namelijk wel een dokter, maar geen wetenschapper. Flourens bewees dat
bepaalde hersengebieden inderdaad bepaalde functies hadden, door de onderdelen te verwijderen bij
mensen en te kijken wat er gebeurde. Voor heel veel andere (complexere) gedragingen kon Flourens
echter geen specifiek gebied vinden. Hij stelde dat het hele brein meedeed in gedrag, wat nu de
aggregate field theory heet. Dit werd toen de prominente theorie, waardoor localisationisme uit de
smaak viel.
Niet veel later vond Marc Dax veel bewijs uit autopsies en klinische observaties die ervoor zorgden dat
men weer voornamelijk het localisationisme aanhingen. Dax begon structureler werk aan te bieden,
waarbij hij liet zien dat verschillende mensen met dezelfde problemen, dezelfde hersenbeschadigingen
hadden.
Tegelijkertijd publiceerde John Hughlings Jackson (1835-1911) observaties over mensen met
hersenbeschadiging. Wat nieuw was, was dat hij voorstellen voor experimenten bij zijn observaties
publiceerde. Hij vermoedde dat ergens in de hersenen het hele lichaam topografisch was weergegeven,
en dat stimulatie van specifieke plekken zou leiden tot beweging in het bijbehorende lichaamsdeel.
,Jackson stond aan het begin van allerlei belangrijke ontdekkingen, alleen kon in zijn leven niet genoeg
werk leveren om al deze doorbraken genoeg te ondersteunen. Latere wetenschappers zouden zijn werk
bevestigen en weer verder uitbreiden.
Ook rond deze tijd publiceerde Broca zijn werk over zijn patiënt Tan. Hierdoor werd Broca’s gebied
vastgesteld en werd het fenomeen afasie bekend. Ook Wernicke publiceerde in deze tijd zijn werk over
taalstoornis in een ander gebied. Men was op dit moment Willis werk over de connectie tussen
hersenen en gedrag grotendeels alweer vergeten, dus was iedereen geschokt over deze ontdekkingen
dat hersenbeschadiging zo’n directe connectie had met abnormaal gedrag.
Voortbordurend op deze ontdekkingen begonnen Fritsch en Hitzig hun experimenten met de stimulatie
van hondenhersenen. Zij stimuleerden de hersenen met elektriciteit en observeerden specifieke
lichamelijke reacties. Door deze bevindingen gingen veel neuroanatomisten kijken naar de cortex op
cellulair niveau. Door te kijken naar de verschillen tussen cellulaire structuren, kon men veel meer
specifieke hersengebieden identificeren. Deze wetenschap heet cytoarchitectonics (cel architectuur).
Hoe meer onderzoek er werd gedaan, hoe meer subtiele onderscheidingen er gemaakt konden worden.
Camillo Golgi ontdekte de silver method waarmee neuronen gekleurd konden worden waardoor
individuele neuronen in hun geheel gezien konden worden. Voortbordurend op deze bevinding stelde
Ramón y Cajal dat neuronen discrete eenheden zijn. Hij was de eerste die stelde dat neuronen een
unitaire natuur hebben, wat men nu de neuron doctrine noemt (het zenuwstelsel bestaat uit individuele
cellen). Hij noemde de hersenen een syncytium, een continue massa van weefsel in gedeeld cytoplasma.
Een andere belangrijke bevinding van Cajal was dat de elektrische overdracht van informatie maar in één
richting plaatsvindt, namelijk van de dendrieten naar de axonen.
Naast Golgi en Ramón y Cajal zijn er nog meer wetenschappers die in een heel vroeg stadium hebben
bijgedragen aan de neuron doctrine. Zo beschreef Purkinje de eerste zenuwcel in het zenuwstelsel (een
Purkinje cel) en deed hij nog veel andere ontdekkingen. Von Helmholtz ontdekte dat de elektriciteit niet
een bijproduct was van informatieoverdracht, maar het middel. Sherrington kwam na veel onderzoek
met de term synaps. Zo groeide de neuron doctrine uit tot een zeer belangrijk concept.
Over tijd werd het localisationisme gematigder. Tegenwoordig is het idee dat er inderdaad allerlei
afzonderlijke deeltjes zijn met eigen functies, maar dat er ook zeker gekeken moet worden naar het
grote geheel dat deze deeltjes in samenwerking met elkaar produceren.
Onderzoek naar het menselijke gedrag (the mind)
De studie naar de werking van de hersenen werd begonnen door artsen. Franciscus Donders begon in
Nederland met het kijken naar reactietijden. Verschillen in reactietijd gebruikte hij om conclusies te
trekken over cognitieve verwerkingssnelheid, wat tegenwoordig nog steeds wordt gedaan. Psychologen
begonnen deze methode te gebruiken en zo ontstond de experimentele psychologie.
Ook filosofen speelden een rol in de studie naar de hersenen. Het rationalisme en het empirisme
stonden hierbij tegenover elkaar. Descartes, Spinoza en Leibniz waren aanhangers van het rationalisme,
dat stelde dat alle kennis door redenering verworven kan worden. Hobbes, Locke en Hume waren
empiristen, die stelden dat kennis uit sensorische ervaring komt en dat men begint zonder enige kennis.
Het associatisme was een psychologie richting die uit het empirisme voortkwam. Deze stroming vond
dat ook de interne complexere mentale processen van de mens gemeten kunnen worden. Ebbinghaus en
, Thorndike waren pioniers op dit gebied. Thorndike stelde dat gedrag dat beloont wordt gebruikelijk
wordt en gedrag waar geen beloning op volgt zal verdwijnen. Dit was het algemene idee van associatie.
Deze stroming werd verder genomen door Watson met zijn gedragsleer. Hieruit groeide wat we nu
behaviorisme noemen. Opvallend is dat het idee van tabula rasa bleef aanhouden, terwijl toen en nu
duidelijk is dat dat idee niet klopt. Toch hield deze stroming een zeer prominente plaats in de
psychologie. In Amerika bleef de focus liggen op behaviorisme, terwijl andere delen van de wereld zich
weer meer op biologie gingen richten.
Penfield en Jasper publiceerde de Montreal procedure om epilepsie te behandelen. Hier werden de
cellen die de epilepsie veroorzaakten vernietigd. Om te weten welke cellen dat moesten zijn, werden
verschillende cellen elektrisch gestimuleerd. Deze observaties bevestigden de ideeën van Jackson van
ruim vijftig jaar eerder.
Hebb sloot zich ook aan bij deze onderzoeken en stelde dat de biologie en psychologie van een
organisme niet los van elkaar gezien kunnen worden. Tegenwoordig is dit idee geaccepteerd, maar toen
werd er niet echt naar hem geluisterd. Hebb kwam met de bekende zin: “cells that fire together, wire
together” wat liet zien dat hij al enig begrip had over neurale netwerken. Hij stelde ook dat de hersenen
altijd bezig zijn, niet alleen wanneer ze gestimuleerd worden. De ideeën van Hebb vormen de basis van
het ontwerp van kunstmatige neurale netwerken.
Milner verdiepte zich in geheugen en vond dat er verschillende geheugensystemen zijn. Zij was een van
de eerste vrouwen met een significante bijdrage aan de psychologie die serieus genomen werd.
Rond 1950 liet Amerika de focus op behaviorisme een beetje los. Een aantal behavioristen (zoals Miller)
zetten zich zelfs compleet af tegen de stroming. Ze vonden dat niet meer alleen het gedrag bekeken
moest worden.
1956 was een groot jaar voor de psychologie. De werkgeheugencapaciteit werd ontdekt (the magic
number), Chomsky ontdekte allerlei nieuwe dingen op het gebied van taalverwerving en het leger
gebruikte psychologische testen om hun soldaten te testen. In dit jaar maakten veel psychologen de
overstap naar wat we nu kennen als cognitive neuroscience, omdat ze onderzoek wilden doen naar het
samenspel van biologie en psychologie.
Dit domein werd dus beoefend door mensen uit allerlei verschillende disciplines. Dit is vandaag de dag
nog een van de grootste kenmerken van de stroming. Er wordt vaak in multidisciplinaire teams gewerkt
om nieuwe ontdekkingen te doen. Een van de eerste doorbraken in dit nieuwe domein was dat
psychologische stoornissen niet het gevolg waren van slecht ouderschap, maar ook biologische oorzaken
had.
Instrumenten in neurowetenschap
Bij het noemen van al deze mensen en hun ontdekkingen, moet er rekening gehouden worden met de
context waar deze uit voortkwamen. Afhankelijk van de prioriteiten van het land werd onderzoek naar
bepaalde onderwerpen wel of niet gefinancierd. Wetenschappers blijven altijd berust op succes en ego,
dus zie je dat ze voornamelijk onderzoek publiceren waarvan ze weten dat ze veel roem zullen krijgen.
Maar een andere belangrijke factor om rekening mee te houden in technologie. Zonder de uitvinding van
de microscoop, kon er nooit op cellulair niveau ontdekkingen gedaan konden worden. Het is belangrijk
om dit in gedachte te houden wanneer je kijkt naar deze hele geschiedenis.
Meetinstrumenten in de neurowetenschap:
De electro-encefalograaf: hiermee kunnen de elektrische stromingen in de hersenen van een
mens worden ‘opgenomen’. Voor lange tijd was dit de enige manier om informatie over de
