Cognitieve neurowetenschappen
Week 1
Module 1 De opbouw van het brein
Voorbereiding:
● Waar ben je m.b.t. het thema van deze cursus het meest benieuwd naar, d.w.z. welke
brandende vraag heb je over dit vakgebied?
Wat is de reden dat juist de mens in staat is tot metacommunicatie?
● Bekijk de eerste anderhalf uur van de video over biologische evolutie Evolution - What Darwin
Never Knew - NOVA PBS Full Documentary.
https://www.youtube.com/watch?v=UzIZW2m5CfY (t/m 1u:22m:10s)
(1) Darwin's theory of natural selection 0:00:00 - 0:33:40
(2) The story of DNA 0:33:40 - 1:05:08
De DNA is half een kopie van dat van je vader en half van je moeder. De variatie ontstaat echter als
er mutatie plaatsvindt bij het kopiëren van het dna als cellen zich splitsen. Zo ontstaan minuscule
veranderingen, die groter worden als ze worden doorgegeven aan de volgende generatie. Mutaties
zijn niet goed of slecht. De soort mutatie en of de mutatie blijft, hangt van de omgeving van het dier af.
Natuurlijke selectie bepaalt of het dier met de mutatie beter overleeft of juist uitsterft.
Aan- en uitzetten van DNA?
(3) DNA and the great transformations 1:05:08 - 1:22:10
‘Hox-genes’: de genen die het uiterlijk van een embryo bepalen. Deze bevatten bij vissen dezelfde
aanleg voor armen als dieren die deze ook echt hebben. Alles wat er nodig is voor het ontwikkelen
van de armen is een aantal mutaties en een aantal kleine veranderingen in de timing en de volgorde
van het aan- of uitzetten van bepaalde genen. Dit zijn dus geen nieuwe genen die zijn ontwikkeld,
maar wel hele grote veranderingen.
● Lees Ward hoofdstuk 1, Introducing cognitive neuroscience.
Introductie van het vak Cognitieve Neurowetenschappen en de omvattende termen.
● Bekijk de kennisclip We zijn dieren (~9 min) op het UU videoplatform, in het cursuskanaal,
https://video.uu.nl/channels/#2024-1-v-tl2v14113
Wat zijn de belangrijkste lessen van de video over Darwin?
1. Het belangrijkste: wij zijn dieren (de mens) ofwel een diersoort. We zijn via omwegen aan alle
organismen gerelateerd.
2. We zijn net als andere dieren ‘wandelende gereedschapskisten’, met allerlei biologisch
geëvolueerde eigenschappen (‘biologische adaptaties’) die ons in onze omgeving helpen te
overleven en ons voort te planten.
, 3. We delen een flink deel van dat gereedschap met heel veel andere dieren
4. We hebben ook een aantal relatief of zelfs volledig unieke ‘tools’ zoals onze handen,
taalvermogen en andere aspecten van onze socialiteit
Sean Carroll vraagt: Wat kan je doen als diersoort om te overleven?
- Get bigger
- Get armor
- Get out of the way
Wat hij mist volgens deze video, n.a.v. de mens: get smarter. Mensen hebben op deze manier
- representeren van je omgeving en jezelf verbeteren (map-making)
- zorg voor executive control zodat je geen slaaf bent van evolutionaire reflexen (belangrijk
onderdeel van onze intelligentie)
- samenwerken, daarover communiceren, dit vastleggen en elkaar hierover lesgeven
De homo sapiens heeft dus flink geïnvesteerd in het brein (dat slechts een hoop lichaamscellen is): er
is gespecialiseerd in informatieverwerking. Op basis daarvan kan je alle andere lichaamscellen veel
preciezer en sneller aansturen.
● Lees Ward hoofdstuk 2, Introducing the brain. Een overzicht over de structuur van het brein,
en de elementaire bouwstenen daarvan, neuronen. Doe na lezing eventueel weer de
zelftoets.
Ward legt de onderdelen van neuronen uit en de navigatie door de hersenen.
● Bekijk de kennisclip Neuronen (~7 min) op het UU videoplatform.
Het brein is een verzameling van lichaamscellen die gespecialiseerd zijn in informatieverwerking.
Deze lichaamscellen (zenuwcellen) zijn neuronen ‘bouwstenen’ van het brein.
Neuronen staan in contact met elkaar en krijgen veel onderlinge input. Dit kan excitatoire input zijn (=
de pulsjes verhogen de kans dat de ontvanger zelf gaat vuren). Dit kan ook inhibitoire input zijn
(=verlaagt de kans dat het neuron zelf gaat vuren). Je kan ook allerlei mengvormen hebben
(bijvoorbeeld neuronen die zowel excitatoire als inhibitoire input krijgen van verschillende andere
neuronen). Met die balans kan je spelen en rekenen.
Daar waar contact is tussen neuronen vindt chemische overdracht plaats (in de synaps). Dit wordt
uitgebreid uitgelegd in Ward.
Voorbeeld is een neuron in rusttoestand: standaard potentiaalverschil van -70 mV tussen de
binnenkant van het neuron en de buitenkant.
Depolarisatie → er vindt n.a.v. de synaps een faseverandering plaats bij het celmembraan en die
energie gaat langs het axon lopen. Dit is een actiepotentiaal/spike (neuron besluit om een
actiepotentiaal naar beneden te sturen). Neuronen die aan het einde van het axon van dit neuron
zitten krijgen daardoor weer excitatoire of inhibitoire input.
Neuronen kan je schakelen want het zijn er heel erg veel. Dit gebeurt in het brein (complexe
verzameling neuronen). Een gemiddeld neuron in het brein ontvangt input van ongeveer 1000 andere
neuronen en stuurt ze ook weer naar ongeveer 1000.
● Bekijk de kennisclip Anatomie van het brein (~20 min) op het UU videoplatform.
,We zoomen uit en kijken naar grotere delen van het brein.
Neuronen zitten ook in andere delen van het lichaam en er lopen door het lichaam ook hele lange
axonen om het lichaam aan te sturen (bijvoorbeeld).
Oriëntatie termen dmv het doorsnijden:
Dit zijn allemaal relatieve termen. Je gebruikt ze met ‘meer’ of ‘minder’ (bv meer lateraal).
De neuronen zitten in een bepaalde structuur, verdeeld in het brein (grove anatomie). Belangrijk
onderscheid:
- grijze stof: hoge concentratie neuronen (cellichamen, dendrieten (ontvangende antennes),
axonen)
- witte stof: alleen de axonen van neuronen (output kant), wit door een soort ‘isolatiemateriaal’).
In de grijze stof wordt ‘hard gerekend’ en dus flink heen en weer gestuurd met input en output, terwijl
de witte stof meer werkt als ‘bekabeling’ door de verschillende stukken grijze stof met elkaar te
verbinden met de axonen.
De cerebrale cortex is een belangrijk stuk grijze stof: buitenste ‘schil’ van de hersenen. Hierin zitten
plooien. de cortex is een aantal millimeter dik.
Hoe moet je dit zien? → 1 grote opgevouwen/opgepropte printplaat (= grote verzameling van
elektronische schakelingen die zijn opgevouwen). Door dit 'gerimpelde' krijg je groeven (sulci en gyri).
Deze groeven worden ook wel fissuren genoemd.
,Je hebt de grote hersenen (= cerebrum), die bilateraal zijn met aan elke kant vier
hersenkwabben/lobben. Daaronder zitten de kleine hersenen (cerebellum) die eveneens bilateraal
zijn. Daar vlak voor zit een klein stammetje dat de onderkant van de hersenstam is (gaat over in de
hersenstam).
Deze vier hersenkwabben worden van elkaar onderscheiden door extra diepe groeven:
- Sylvian fissure
- Centrale sulcus
- Pariëtale-occipitale sulcus
Je kunt ook kijken naar de gyri (die tussen de sulci zitten en ook windingen worden genoemd). Dit
vormt dus een patroon van sulci en gyri die redelijk gelijk is bij alle mensen. Zo kun je ook naar de
cortex kijken. → + middel?
Je kunt ook kijken naar de Brodmann areas (besproken in Ward): onderverdeling van de neocortex in
stukjes die dezelfde soort bedrading hebben (dezelfde functie). Ze hebben een andere
cyto-architectonische structuur (= de neutronen zitten anders ‘geschakeld’).
Terminologie cortex:
- Cortex = schors/bast in het Latijn, dus de buitenkant. Alle hersenstructuren hebben een
cortex, maar de term wordt vooral gebruikt voor de cortex van de grote hersenen (cerebrale
cortex).
- Subcorticaal betekent dus doorgaans "onder de cortex van de grote hersenen/cerebrale
cortex’’.
Er is een tweede type van stukken grijze stof die subcorticale structuren zijn en dus ‘onder’ de cortex
zitten. → staat in Ward.
● Lees Feinstein, J.S., Adolphs, R., Damasio, A., & Tranel, D. (2011). The human amygdala
and the induction and experience of fear. Current Biology, 21(1), 34-38.
1. Welke onderzoeksvraag stellen de onderzoekers, en waarom vinden ze het een belangrijke vraag?
Hoewel klinische observaties suggereren dat mensen met amygdala-schade abnormale angstreacties
hebben en een verminderde ervaring van angst, zijn deze observaties nog niet systematisch
onderzocht. Vooral het onderzoek naar de invloed van de amygdala op de bewuste ervaring van
angst is niet onderzocht. De onderzoeksvraag is dus: hebben mensen met een lesie in de amygdala
een abnormale of verminderde ervaring van angst?
, 2. Wat hebben ze precies in het onderzoek gedaan, en hoe relateert dat aan de onderzoeksvraag?
De onderzoekers willen deze vraag beantwoorden aan de hand van patiënt SM, die een bilaterale
lesie heeft aan de amygdala. Ze voorspelden dat zonder de amygdala de handelingssequentie die
een staat van angst vormt, niet zou worden geïnduceerd in SM, waardoor haar ervaring van angst
zou worden voorkomen.
Ze stelden SM bloot aan drie condities waarin stimuli werden ‘toegediend’. Die stimuli moesten angst
veroorzaken. Hierbij werd haar gedrag bestudeerd door de onderzoekers en werden haar vragen
gesteld om de subjectieve angstbeleving te bepalen. Ze vroegen SM hierbij om haar angstgevoelens
aan te geven op een schaal van 0 (helemaal geen angst) tot 10 (extreme angst). De stimuli waren:
1. Spinnen en slangen
2. Door een spookhuis lopen
3. Stukjes van enge films kijken (afgewisseld met films die andere emoties oproepen)
De ervaring van angst in het dagelijks leven door SM werd beoordeeld met behulp van acht
zelfrapportage vragenlijsten. Om dit verder te onderzoeken kreeg ze een apparaat dat haar op drie
willekeurige momenten op een dag vroeg hoe zij zich emotioneel voelde a.d.h.v. 50 termen voor
emoties.
3. Wat zijn de belangrijkste resultaten? Welke centrale figuren, tabellen, en beschrijvingen horen
daarbij?
Tijdens de blootstelling van angst konden de onderzoekers geen angst bij SM ontwaren. Zij vonden
haar eerder enthousiast overkomen door de uitspraken die ze deed en het gedrag dat ze liet zien. SM
gaf zelf aan nauwelijks angst te voelen en eerder emoties van enthousiasme, zoals de onderzoekers
dat ook zagen.
Uit de vragenlijsten (die eigenlijk waren bedoeld om abnormaal hoge angst te bevragen) bleek ook
het ontbreken van angst bij SM door de zeer lage uitslagen die zij hier liet zien over een tijdsbestek
van drie jaar.
Ten slotte bleek uit het laatste onderzoek dat SM wel veel andere emoties liet zien zoals blijheid,
boosheid etc, maar zij zich nauwelijks angstig voelde op dagelijkse basis. Zij gaf zelfs extreem vaak
aan zich onverschrokken (‘fearless’) te voelen: tegenovergesteld. Dit ondersteunt volgens de
onderzoekers de hypothese dat zij wel alle andere emoties voelt, maar slechts angst ontbreekt door
de lesie.
4. Hoe interpreteren de auteurs hun bevindingen? Vind ik dat redelijk, en zo nee, waarom niet? Zijn er
alternatieve interpretaties mogelijk?
De bevindingen ondersteunen de conclusie dat de menselijke amygdala een cruciale rol speelt bij het
teweegbrengen van een staat van angst en dat de afwezigheid van een dergelijke staat de ervaring
van angst uitsluit.
Er zitten wel een aantal gaten in het onderzoek en ik vind daarnaast en paar dingen te makkelijk
geïnterpreteerd. Opmerkelijk is dat SM opmerkte dat de meeste mensen waarschijnlijk bang zouden
zijn voor de inhoud van de films, ook al was zij dat niet; dit levert bewijs dat haar minimale ervaring
van angst niet volledig kan worden verklaard door een gebrek aan de herkenning van angst of een
