Samenvatting literatuur Hersenontwikkeling: gedrag en leren – Deeltentamen A
Hoorcollege 1
D. Mareschal, B. Butterworth, & A. Tolmie (2013). Educational Neuroscience. West Sussex: John Wiley & Sons,.
ISBN: 978-1-118-72589-4.
Hoofdstuk 1 en 2
Vértes, P.E., & Bullmore, E.T. (2015). Annual research review: Growth connectomics - the organization and
reorganization of brain networks during normal and abnormal development. Journal of Child
Psychology and Psychiatry, 56, 299-320. doi:10.1111/jcpp.12365.
Hoorcollege 2
Castellanos, FF.X., Cortse, S., & Proal, E. (2014). Connectivity. Andersen, S.L., & Pine, D.S. (Eds.). The
neurobiology of childhood. Current Topics in Behavioral Neuroscience, 16, 49-77. doi:
10.1007/7854_2013_265
Houston, S.M., Herting, M.M., & Sowell, E.R. (2014). The neurobiology of childhood structural brain
development: Conception through adulthood. Current Topics in Behavioral Neuroscience, 16, 3-17. doi:
10.1007/7854_2013_265
Johnson, M.H. (2011). Interactive specialization: a domain-general framework for human functional brain
development. Developmental Cognitive Neuroscience, 1, 7-21. DOI:10.106/j.dcn.2010.07.003
Hoorcollege 3
D. Mareschal, B. Butterworth, & A. Tolmie (2013). Educational Neuroscience. West Sussex: John Wiley & Sons,.
ISBN: 978-1-118-72589-4.
Hoofdstuk 4
Brito, N.H., & Noble, K.G. (2014). Socioeconomic status and structural brain development. Frontiers in
Neuroscience, 8, 1-12. DOI: 10.3389/fnins.2014.00276
Vries, G.J. de, Fields, C.T., Peters, N.V., Whylings, J., & Paul, M.J. (2014). Sensitive periods for hormonal
programming of the brain. Andersen, S.L., & Pine, D.S. (Eds.). The neurobiology of childhood. Current
Topics in Behavioral Neuroscience, 16, 78-108. DOI: 10.1007/7854_2013_265
Hoorcollege 4
D. Mareschal, B. Butterworth, & A. Tolmie (2013). Educational Neuroscience. West Sussex: John Wiley & Sons,.
ISBN: 978-1-118-72589-4.
Hoofdstuk 3 en 9
Hoorcollege 5
D. Mareschal, B. Butterworth, & A. Tolmie (2013). Educational Neuroscience. West Sussex: John Wiley & Sons,.
ISBN: 978-1-118-72589-4.
Hoofdstuk 6 (blz. 134-144, 153-160) en 7 (blz. 172-179)
Hoorcollege 6
D. Mareschal, B. Butterworth, & A. Tolmie (2013). Educational Neuroscience. West Sussex: John Wiley & Sons,.
ISBN: 978-1-118-72589-4.
Hoofdstuk 10 en 11
Barrett, L.F., & Satpute, A. B. (2019). Historical pitfalls and new directions in the neuroscience of emotion.
Neuroscience Letters, 693, 9-18. doi:10.1016/j.neulet.2017.07.045
Hoorcollege 7
Decety, J. (2015). The neural pathways, development and functions of empathy. Current Opinion in Behavioral
Sciences, 3, 1-6. DOI: 10.1016/j.cobeha.2014.12.001
D. Mareschal, B. Butterworth, & A. Tolmie (2013). Educational Neuroscience. West Sussex: John Wiley & Sons,.
ISBN: 978-1-118-72589-4.
Hoofdstuk 12
Hoorcollege 8
Hsu, N.S., Jaeggi, S.M. (2014). The emergence of cognitive control abilities in childhood. Andersen, S.L., &
Pine, D.S. (Eds.). The neurobiology of childhood. Current Topics in Behavioral Neuroscience, 16, 149-
166. DOI: 10.1007/7854_2013_265
,Hoorcollege 1
Boek: hoofdstuk 1 Introductie
Neurowetenschappen: het begrijpen van de mentale processen die betrokken zijn in leren.
Doel: 3 disciplines samenbrengen educatie, psychologie en neurowetenschappen; hoe kan beter leren
worden bevorderd? = ‘educational neuroscience’.
Het doel van educatieve neurowetenschappen is uitzoeken hoe alle leerlingen kunnen worden geholpen om hun
leerpotentieel te bereiken en om het leren effectiever te maken voor alle leerlingen. Educatie: wat zijn de
bronnen voor individuele verschillen in leren? Wat zijn de optimale contexten voor een leerling? Deze vragen
beantwoorden educatieve neurowetenschappen geëvolueerd door 3 belangrijke onderzoeksfasen:
Fase 1: educatie en psychologie vlak voor de opkomst van educatieve neurowetenschappen een lange
samenwerking tussen educatief onderzoek en psychologie, met name op curriculum-relevante gebieden (leren
lezen). Psychologie wees op 2 bronnen van individuele verschillen in leren:
1. Verschillen in intrinsieke, cognitieve capaciteiten (IQ/werkgeheugen tests); verschillen in cognitieve stijlen;
2. Individuele ervaringsbronnen, bijv. thuisomgeving (SES, ouderlijke educatie).
Wiskunde: debat tussen Thorndike (eenvoudige getallen leren/stampen) en Brownell (psychologische ideeën
over betekenisvolle praktijken om wiskunde aan te leren).
Lezen: impact van psychologie op het differentiëren van dyslectische leerlingen van andere leerlingen.
Fase 2: psychologie en neurowetenschappen samenwerking tussen neurowetenschappen en de
cognitieve, affectieve en ontwikkelingstakken van psychologie = cognitieve neurowetenschappen. Er
ontstonden vragen vanuit educatie m.b.t. lezen/wiskunde en zijn stoornissen. Onderzoeken bij neurologische
patiënten: selectieve tekorten in patiënten onthulde veel over de structuur van geheugen; identificatie van
selectief lezen en spellingsproblemen; basisanatomie en functionele organisatie van wiskundige cognitie. De
cruciale aanzet voor cognitieve neurowetenschappen kwam met de beschikbaarheid van in vivo beeldvorming
van neurale processen zoals ze zich voordeden. Neuro-imaging heeft belangrijke aspecten van domein-
algemene cognitieve processen onthuld (bijv. prestatie op IQ tests) dragen bij aan individuele verschillen.
Ook vooruitgang in curriculum-relevante cognitieve capaciteiten. Met behulp van neuro-imaging weten we dat
alle orthografieën (alfabetisch Engels of Italiaans vergeleken met karakter-gebaseerd Chinees) afhankelijk zijn
van vergelijkbare neurale netwerken en dat dyslexie te wijten is aan vergelijkbare neurale abnormaliteiten.
Fase 3: de opkomst van educatieve neurowetenschappen educatie, psychologie/pedagogiek en
neurowetenschappen: neurowetenschappen gebruiken voor het informeren van educatieve praktijken als een
manier om leren te verbeteren. John Bruer vond dit te ver gaan: het bewijs (het tijdsverloop van
synaptogenese en synaptische snoeien, kritieke perioden voor leren, de rol van verrijkte vroege omgevingen) is
niet voldoende om het formele onderwijs te informeren. Nieuwe methodologieën (neuro-imaging; magnetic
resonance imaging) bieden de mogelijkheid om zowel individuele verschillen in kinderen als onderwijs op
nieuwe manieren te verkennen, wat een directe brug suggereert tussen neurowetenschappen en onderwijs.
Daarnaast kunnen de ontwikkelingstrajecten veel preciezer in kaart worden gebracht dan voorheen. Ondanks
verschillende methodes van de 3 disciplines is het mogelijk en noodzakelijk dat iedere discipline de resultaten
van de anderen test (‘methodological interoperability’).
Problemen bij het ontwikkelen van educatieve neurowetenschappen. Theoretische en methodologische
uitdagingen in het samenwerken en integreren van de drie disciplines. Meer recent: onderwijspsychologen en
cognitieve neurowetenschappers hebben erkend dat het mogelijk is om meer geïntegreerde leermodellen te
bouwen, die de complexiteit beter tot hun recht laten komen door sociale en cognitieve of cognitieve en neurale
processen samen te brengen. Een volledig leerproces bereiken: het samenbrengen van deze onderdelen in een
non-reductionistisch raamwerk die een beschrijving behoudt op omgevings-, cognitief en neuraal niveau, en
probeert te begrijpen hoe deze met elkaar interacteren en op elkaar van invloed zijn, om waargenomen
uitkomsten te produceren in zowel formele als informele educatieve settings. Dit raamwerk is het doel van
,educatieve neurowetenschappen. Wordt complexer wanneer wordt gekeken naar educatieve perspectieven.
Implicaties: translationeel onderzoek en de implementatie van de lessen zijn uiteindelijk de fundamentele
doelstellingen van educatieve neurowetenschappen; de belangrijkste bouwstenen om dit te bereiken zijn in het
bezit van diverse gemeenschappen, niet alleen wetenschappelijke serieuze analyse van wat nodig is om
verder te komen (wetenschappelijke uitdagingen mogelijk kleiner dan organisatorische uitdagingen).
Als de translationele doelen van educatieve neurowetenschappen parallel lopen met die van
volksgezondheidswetenschappen, dan lijkt de implicatie dat we (a) moeten beginnen met het richten op een
gebied van onderwijsbehoefte waar goede theorie een duidelijk verschil kan maken; (b) vanuit dit eerste
voorbeeld naar buiten bouwen via kernteams van individuen die de verschillende bijdragende activiteiten
vertegenwoordigen (bijv. het equivalent van epidemiologen, overheidsfunctionarissen en gezondheidswerkers),
wiens activiteit is gericht op wederzijds geïdentificeerde gebieden van noodzaak of risico en methoden om deze
tegen te gaan; (c) de publieke kennis van effectieve praktijken bevorderen (zonder zich te veel zorgen te
maken over de vraag waarom deze effectief zijn); en (d) de regeringen uiteindelijk de controle laten
overnemen, terwijl goede, relevante bewijzen aangeleverd blijven worden.
Educatieve neurowetenschappen onderzoek is ongelijkmatig ontwikkeld; geen raamwerk met coherentie
tussen verschillende onderzoeksgebieden/onderzoekers. Alleen door het verzamelen van bewijsmateriaal dat
een breed scala aan verschijnselen omvat m.b.v. de verschillende disciplinaire benaderingen is het
waarschijnlijk dat een groter geheel zich zal voordoen. Even belangrijk: als gemeenschap vooruitgang boeken
en het trainen van studenten en onderzoekers tot volwaardige educatieve neurowetenschappers. Onderzoekers
en professionals moeten samen werken om problemen te identificeren, het begrip te verbeteren d.m.v. grondig
onderzoek en het ontwikkelen van oplossingen = deelnemen aan alle stappen van onderzoek tot praktijk.
Tenslotte samenwerking met beleidsmakers en beleidsvormers (sociaal waargenomen waarde dekken).
Boek: hoofdstuk 2 Neuro-imaging methoden
Neuro-imaging: het onderzoeken van de ontwikkeling van hersenstructuur en functie bij typisch en atypisch
ontwikkelende kind populaties, van kindertijd tot adolescentie.
Electro-encefalografie (EEG) en aan gebeurtenissen gerelateerde mogelijkheden (ERP’s). Vanaf
midden 1960 gebruikt voor het bestuderen van hersenactiviteit gerelateerd aan sensorische, aandachts- en
cognitieve processen over de hele levensduur. Ze bieden informatie over hoe de organisatie van de hersenen
verandert naarmate kinderen ouder worden en nieuwe vaardigheden leren. Voordelen: relatief goedkoop,
vereisen geen openlijke reactie van de deelnemer (vaak gebruikt bij baby’s en jonge kinderen).
Principes van EEG-opnamen en gemiddelde ERP’s: door het plaatsen van kleine, metalen sensoren (elektroden)
op verschillende locaties over de hoofdhuid kunnen wetenschappers de elektrische activiteit van de hersenen
(afvuren van neuronen) opnemen en analyseren. EEG registreert veranderingen in hersenactiviteit door het
verschil in spanning te meten tussen 2 elektrodeplaatsen op reguliere tijdsintervallen. Neurale activiteit
oscilleert op verschillende frequenties = verschillende staat van alertheid ‘hersengolven’. EEG wordt
doorgaans gekenmerkt als een functie van frequentie, gemeten in cycli per seconde of hertz (Hz) over tijd in
milliseconden. ERP’s zijn gemiddelden van EEG-perioden op elke elektrodeplaats, tijdgebonden in reactie op
specifieke stimuli (afbeeldingen, geluid). Gemiddelde bepalen = activiteit die geen verband houdt met de
stimuli wordt achterwege gelaten. Resultaat: hersenactiviteit tijdgebonden aan een specifieke gebeurtenis;
positieve en negatieve golfvormen; veranderingen in spanning (y-as) over tijd (x-as). ERP-component:
fluctuaties in spanning die zijn gekoppeld aan specifieke sensorische/cognitieve gebeurtenissen. De amplitude,
latentie en distributie van deze componenten geven informatie over de aard, timing en organisatie van de
neurale systemen die cognitieve processen bemiddelen die het gevolg zijn van specifieke soorten stimulus.
Het plaatsen van elektroden eind 1950: 10-20 internationaal systeem voor het standaardiseren van
elektrodeplaatsingen (nog steeds veel gebruikte methode); aanpassingen om specifieke locaties te definiëren =
huidige systemen met hoge dichtheid (maximaal 250 plaatsen). De plaatsing van elektroden varieert aanzienlijk
(aantal elektroden=afhankelijk van onderzoeksvraag, type systeem). De meeste huidige systemen gebruiken
een elastische kap of net dat veilig op het hoofd past elektrodeplaatsingen in kap/net; mogelijk extra
elektrode voor oogmeting; gel/zoutoplossing om verbinding tussen de elektroden en de hoofdhuid te faciliteren.
Het plaatsen van de elektroden in 10 of 15 minuten verbeterd de kwaliteit van de EEG enorm.
EEG-opnamen het verschil in voltage tussen 2 elektroden; een van de elektrodeplaatsen als referentiekanaal.
De signalen 10.000-50.000 keer versterken om ze te meten; elke 0.5-2 ms wordt een punt gemeten.
Elektrische ruis die geen verband houdt met hersenactiviteit elimineren d.m.v. hoog- (elimineert laagfrequente
artefacten; beweging, huidpotentieel) en laagdoorlaatfilters (elimineert hoogfrequente ruis veroorzaakt door
externe bronnen; elektrische apparatuur). Filteren kan de EEG en resulterende ERP’s vervormen.
ERP signaalmiddeling veranderingen in hersenactiviteit over een specifieke tijdperiode (‘epoch’) van activiteit
uitgelokt door een specifiek set stimuli; het gemiddelden van EEG-perioden tijdgebonden aan de aanvang van
een specifieke categorie van stimuli. Middelingsproces: EEG-gegevens segmenteren in ‘stukjes’ tijd gekoppeld
aan stimulus en experimentele omstandigheden; identificeren en verwerpen/corrigeren van artefacten;
gemiddelde activiteit over tijd op elke elektrodeplaats. De epoch-lengte omvat een pre-stimulus interval voor
een basislijn en een specifieke hoeveelheid tijd na de stimulus. Componenten die verband houden met
sensorische processen komen eerder in het epoch voor dan hogere cognitieve processen. Pasgeborenen en
, kinderen hebben langzamere hersenreacties en kunnen langere epochs vergen. Hoe groter het aantal EEG-
onderzoeken dat is opgenomen in een ERP-gemiddelde, hoe hoger de signaal-ruisverhouding. Over het
algemeen vereisen ERP-componenten met een grote amplitude en een brede verspreiding minder tests per
aandoening dan kleinere en eerdere sensorische potentialen.
Nadeel: sensitief voor bewegingen (vooral bij baby’s/kinderen) hoe artefacten te behandelen? De
grondgedachte achter signaalmiddeling: door grote aantallen EEG-tijdperken samen te middelen, blijven alleen
de signalen die in de tijd aan de sensorische of cognitieve gebeurtenis zijn gebonden in het gemiddelde
voldoende aantal proeven per conditie = veel van de artefacten binnen het bereik van hersenactiviteit zal uit de
gemiddelden blijven. Grote artefacten kunnen de ERP’s vervormen (knipperen tijdens het geluid/de stimulus).
2 veelvoorkomende benaderingen voor het verwijderen van artefacten:
1. Traditioneel worden met artefact besmette proeven uit de gemiddelden geëlimineerd door
artefactafwijzing.
2. Artefacten modelleren = het gemiddelde corrigeren door het gemodelleerde signaal af te trekken
Om de beste opnames te verkrijgen en de signaal-ruisverhouding te maximaliseren, is het van cruciaal belang
om de tijd voor het plaatsen van de elektroden tot een minimum te beperken en om de experimenten kort en
interessant te houden voor de deelnemers. Kind-deelnemer periodiek pauze geven; kleurrijke bewegende
aandachtstrekkers tussen perioden; bekrachtigers voor stilzitten = kwaliteit verbeteren.
Betekenis geven aan ERP-componenten: ERP’s worden geïllustreerd als een reeks positieve en negatieve
doorbuigingen in spanning over tijd; amplitude in microvolts langs de y-as, tijd in milliseconden langs de x-as
(negatieve spanning kan zowel boven als onder de x-as worden uitgezet). ERP-componenten: fluctuaties in
spanning die in meerdere experimenten zijn gekoppeld aan sensorische en psychologische processen
genoemd naar hun polariteit (p=positief, n=negatief) en hun pieklatentie (op welk tijdstip een component zijn
hoogste/laagste piek bereikt). Bijv. een negatieve component piekt rond 400 ms = N400. Ook vaak genoemd
naar de volgorde waarin ze in de golfvorm voorkomen. Bijv. de eerste positieve component = P1. Metingen van
ERP componenten reflecteren typisch gezien:
- Latentie informatie over de timing van verschillende cognitieve processen; langere latenties =
langzamere verwerking; sensorische processen pieken binnen de eerste 200 ms na het begin van de
stimulus, hogere cognitieve processen worden geassocieerd met langere latenties;
- Piek of gemiddelde amplitude informatie over de relatieve hoeveelheid neurale activiteit opgewekt door
verschillende experimentele omstandigheden of verschillende groepen; maximale of gemiddelde positieve
of negatieve activiteit in microvolts binnen een tijdsvenster; grotere amplitudes = meer neurale activiteit;
- Distributie van de activiteit over de hoofdhuid (locatie van elektrodeplaatsingen waarbij de activiteit
wordt geobserveerd); distributie = het gebied (links/rechts; anterieur/posterieur) waarin een bepaald ERP-
component of -effect (verschil in ERP’s tussen condities) wordt waargenomen of het grootste is; cognitieve
gebeurtenissen die ERP's veroorzaken die verschillen in latentie en distributie, worden vaak geïnterpreteerd
als een weerspiegeling van niet-identieke hersensystemen. Het is erg belangrijk om patronen van ERP-
distributie over de hoofdhuid niet te verwarren met de locatie van generatoren in de hersenen bijv. een
linker anterieure verdeling = ERP-amplitudeverschillen werden waargenomen op elektrodelocaties boven
het linker frontale gebied, dit betekent niet dat de bron is gegenereerd in linker frontale hersengebieden.
ERP’s en ontwikkeling: de populariteit van elektrofysiologische methoden om ontwikkelingsvragen aan te
pakken is de afgelopen 30 jaar dramatisch toegenomen. Recent: een groot aantal ontwikkelingspsychologen
heeft de ERP-techniek gebruikt om meer gedetailleerd vragen over hersen- en cognitieve ontwikkeling te
beantwoorden. De ERP techniek wordt veel gebruikt om verschillende aspecten van ontwikkelingsverandering
tussen verschillende domeinen te bestuderen. Belangrijk: er zijn duidelijke veranderingen in de timing en
morfologie van ERP’s bij zuigelingen, kinderen, adolescenten en gedurende volwassenheid functionele
betekenis voorzichtig interpreteren op verschillende momenten in de ontwikkeling. De polariteit, latentie,
amplitude en distributie kunnen veranderen als een functie van leeftijd. Het is tenslotte niet duidelijk of
sommige componenten zichtbaar in zuigelingen correlaties hebben bij kinderen en volwassenen.
Krachten en limitaties van de ERP techniek bij ontwikkelingspopulaties. Krachten/voordelen (t.o.v.
gedragsbenaderingen): (1) ERP’s vereisen geen openlijke reactie (hersenactiviteit meten zonder dat een kind
iets hoeft te doen behalve het zien of horen van de stimuli); (2) bijzonder geschikt voor het bestuderen van
begrip onafhankelijk van productie (kinderen begrijpen vaak meer dan ze kunnen produceren); (3) ze bieden
een online maatstaf voor cognitieve verwerking, ze weerspiegelen veranderingen in hersenactiviteit over tijd
tijdens verwerking (tijdsverloop van neurale activering; gedragsmetingen meten eindresultaat van cognitieve
verwerking); (4) ERP’s kunnen gebruikt worden om veranderingen in hersenactiviteit gedurende de levensduur
te vergelijken d.m.v. dezelfde afhankelijke maat (ERP’s kunnen op alle leeftijden worden geregistreerd); (5)
hersenactiviteit wordt gemeten met een resolutie van een fractie van een milliseconde (directe en onmiddellijke
meting van neurale activiteit); (6) EEG en ERP’s kunnen informatie over de hersenen onthullen die niet kan
worden gemeten met gedrags- of andere cognitieve neurowetenschappelijke technieken (bijv. kwalitatieve
verschillen in de manier waarop informatie wordt verwerkt).
Beperkingen: de ruimtelijke resolutie is relatief beperkt (moeilijk om de plaats van afwijking te bepalen door
volumegeleiding = neurale activiteit reist van één locatie door hersenweefsel = registratie in verschillende
regio’s over de hoofdhuid), de schedel fungeert als barrière (verdere verspreiding van het signaal); de precieze
