Inhoud
Hoorcollege 1 – Introductie in ‘Het Lerende Brein’...............................................................................2
Hoorcollege 2 – Onderzoekstechnieken.................................................................................................2
Hoorcollege 3 – Hersenontwikkeling en intelligentie.............................................................................4
Hoorcollege 4 – Executieve functies en sociale cognitie........................................................................6
Hoorcollege 5 – Geheugen...................................................................................................................10
Hoorcollege 6 – Rekenen......................................................................................................................12
Hoorcollege 7 – Lezen..........................................................................................................................14
Neuroscience and education: an ideal partnership for producing evidence-based solutions to guide
21st century learning (Carew)............................................................................................................17
Educational neuroscience: the early years (McCandliss)..................................................................17
Imaging the developing brain: what have we learned about cognitive development? (Casey)..........17
Intelligence and the developing human brain (Shaw).......................................................................18
The neuroscience of human intelligence differences (Deary)...........................................................18
The developing social brain: implications for education (Blakemore)..............................................19
Executive functions (Diamond)........................................................................................................19
Early to bed: how sleep benefits children’s memory (Stickgold)......................................................20
Individual differences in strategy use on division problems: mental versus written computation
(Hickendorff)....................................................................................................................................20
Effects of development and enculturation on number representation in the brain (Ansari)...............21
Reading, complexity and the brain (Goswami).................................................................................21
Ch. 1 – Introducing cognitive neuroscience......................................................................................22
Ch. 2 – Introducing the brain............................................................................................................22
Ch. 3 – The electrophysiological brain.............................................................................................24
Ch. 4 – The imaged brain.................................................................................................................25
Ch. 9 – The remembering brain........................................................................................................26
Ch. 12 – The literate brain................................................................................................................27
Ch. 13 – The numerate brain............................................................................................................29
Ch. 14 – The executive brain............................................................................................................30
Ch. 15 – The social and emotional brain...........................................................................................31
Ch. 16 – The developing brain..........................................................................................................33
1
,Hoorcollege 1 – Introductie in ‘Het Lerende Brein’
In de afgelopen 20 jaar is er een enorme toename in kennis en enthousiasme over de werking en de
ontwikkeling van de hersenen (wat komt door verbeterde technieken), en dit is de basis voor
verbetering van het onderwijs (inzicht in leerproblemen)
Het is belangrijk om een brug te slaan tussen cognitieve neurowetenschappen en onderwijs
(interdisciplinair onderzoek: educational neuroscience). Een uitdaging bij dit combineren is
het verschil tussen analyseniveaus (er bestaan veel neuromythen die zorgen voor
misinterpretaties)
De hersenen bestaan voornamelijk uit de cerebrale cortex en het cerebellum (achterin het brein;
posterior). De cortex bestaat uit twee helften (de hemisferen) die verbonden zijn met elkaar door de
corpus callosum
De cortex is de buitenste laag van grijze stof (donkere materie dan de binnenkant: bestaat uit
neuronen, en dan de cellichamen en dendrieten). De binnenkant bestaat uit witte stof (bestaat
uit de connecties en is wit door de met myeline omgeven axonen)
Myeline is een vettige substantie dat het elektrische signaal isoleert dat door de axon heen
gaat (hoe meer myeline, hoe beter/sneller de transfer van het signaal is)
De cortex is onderverdeeld in gyri (de plooien) en sulci (de vouwen; de diepere gebieden)
De cerebrale cortex bestaat uit vier kwabben:
1. Frontale kwab: executieve functies, besluiten maken, redeneren, memory retrieval,
personaliteit (de meer hogere-orde functies)
2. Pariëtale kwab: somatosensorische perceptie (feeling), spatiale bewustzijn, mathematica,
integratie van informatie uit verschillende modaliteiten
3. Occipitale kwab: verwerken/integreren/interpreteren van visuele informatie
4. Temporale kwab: horen, organisatie/begrip van taal, herinnering (storing en retrieving)
De voorkant is anterior, de bovenkant is dorsal, de benedenkant is ventral, erboven is superior,
eronder is inferior, naar het midden toe is medial, en naar de buitenkant toe is lateral
Een neuron is een cel met een cellichaam, dendrieten (ontvangen informatie) en een axon (stuurt
informatie naar andere neuronen)
Er is een kleine ruimte tussen neuronen, de synaps, tussen de axon van het sturende neuron
en de dendrieten van het ontvangende neuron. In deze ruimte zitten chemische stoffen,
neurotransmitters, die de ruimte ingaan en worden opgepikt door receptoren)
Broadmann gebieden: dezelfde soort neuronen in het brein zijn geclusterd in dezelfde gebieden
Hoorcollege 2 – Onderzoekstechnieken
Educational neuroscience heeft als doel dat het onderwijs aansluit bij de manier waarop het brein
informatie verwerkt, en het bestaat uit psychologie (studie over mentale processen verantwoordelijk
voor cognitie en gedrag: mind), pedagogiek (studie over leren: (education) en neurowetenschappen
(studie van hersenontwikkeling, -structuur en functie: brain)
Frenologie stelde dat verschillende delen van de cortex verschillende functies heeft: verschillen in
persoonlijkheidskenmerken zijn te zien in verschillen in corticale grootte en bulten van de schedel
2
, De moderne cognitieve wetenschap gebruikt empirische methode om verschillende functies te
constateren: functional specialization (het idee dat ieder deel van het brein is gespecialiseerd
in het doen van een specifiek iets)
- Broca: patiënten met linker frontale laesies kunnen niet praten maar hebben verder wel
goede cognitieve vaardigheden (er is een gespecialiseerd taalgedeelte in het brein)
- Wernicke: slecht spraakbegrip, maar goede productie van spraak
Neuronen communiceren op basis van elektrochemische processen
Single-cell recordings meet direct de actiepotentiaal van een neuron (meet het aantal spikes per
seconde in reactie op de stimulus), dus de elektriciteit van de neuronen
Dit is erg invasief, dus bij mensen alleen in klinische toepassingen
Functional neuroimaging: niet-invasieve technieken voor het meten van een hersenfunctie
1. Hemodynamische technieken (meet de bloedtoevoer naar hersengebieden) zoals fMRI
(goede spatiale resolutie, zwakke temporele resolutie)
2. Elektromagnetische technieken (mee de gemiddelde elektriciteit van hersengebieden) zoals
EEG (ERP: zwakke spatiale resolutie, goede tempore resoluties)
De MRI was ontwikkeld om de anatomie van het brein te visualiseren, dus een hoge resolutie voor
zoveel mogelijk details (structurele MRI, waar je de verdeling van grijze en witte stof kan zien). DTI
(diffusion tension imaging) meet ook de anatomie, maar dan alleen de witte stof (myeline). fMRI kijkt
naar de hersenactiviteit in reactie op een bepaalde taak/handeling en functie van gebieden (welke
gebieden worden actief bij welke taak? Lagere resolutie, want er moet veel sneller en langer data
worden verzamelt)
Een MRI-scanner bestaat uit een magneet die een groot magnetisch veld genereert (meet magnetisch
signaal van waterstofatomen)
1. Door het magneetveld van de scanner gaan de waterstofatomen (protonen, waarvan de kernen
normaalgesproken in alle richtingen wijzen) grotendeels dezelfde kant op loggen
2. De protonen gaan haaks op het magnetisch veld staan doordat het radiosignaal van de scanner
de richting van de protonen verstoort
3. De patronen bewegen weer terug en hierbij komt een signaal vrij dat de scanner kan omzetten
in afbeeldingen
Bij fMRI verandert met de tijd het BOLD reponse (blood oxygenation level-dependent signal):
hersenactiviteit gebruikt zuurstof, de bloedtoevoer neemt toe (overcompensatie voor het
zuurstofgebruik), het signaal neemt toe (doordat het minder verstoord is door deoxyhemoglobine)
Dit wordt weergegeven met hemodynamische responsefunctie (HRF) met op de X-as de tijd
en op de Y-as de sterkte van het BOLD-signaal: eerst de initial dip, dan overcompensatie (veel
zuurstofrijk bloed) en dan undershoot
fMRI-activatie is altijd relatief, want het is niet mogelijk om te zien hoe actief een brein is
zonder dat te vergelijken met een baseline/controleconditie (altijd het verschil bekijken, en
gebruik daarvoor substractie methode)
In het brein: toename in neuronale activiteit > toename in de vraag naar zuurstof en glucose >
meer bloedtoevoer naar het actieve (hersen)gebied
- Elektriciteit is een directe maat van neurale activiteit en bloedtoevoer is een indirecte,
langzame maat van neurale activiteit
3
, EEG meet op milliseconde niveau (gebruikt elektrische eigenschappen) en ERP (event-related
potentials) is een bepaalde manier om naar EEG-data te kijken: wanneer groepen van neuronen
synchroon vuren kan de elektrische activiteit gemeten worden van buiten de schedel (door het plaatsen
van elektroden op de hoofdhuid)
Er wordt hersenactiviteit gemeten, maar ook veel ruis (bewegingen van het gezicht, de
hartslag)
Lokalisatie bij EEG is een probleem: elke elektrode pikt het zeer zwakke signaal op van heel
veel neuronen en eigenlijk alleen aan de oppervlakte van de cortex (er zijn geen metingen van
subcorticale dingen)
Als je iets weet over individuen, betekent dat niet dat je weet wat die individuen in een groep zullen
doen: individuen en individuen in groepen zijn verschillende levels van analyse
In educatie: als je iets weet over de geest van kinderen en hoe ze leren, betekent dit niet
meteen dat je weet hoe je een effectief klaslokaal moet inrichten
In neurowetenschap: als je weet hoe neuronen werken, betekent dit niet meteen dat je weet hoe
anatomische structuren werken
Omhooggaan of omlaaggaan in level zorgt ervoor dat bepaalde kennis niet hetzelfde betekent
Op hersenen gebaseerde educatie is moeilijk omdat je van hersendingen (anatomische
structuur netwerken) naar gedragingen (cognitieve processen) moet gaan, en dan ook nog een
level omhoog (naar de geest van kinderen)
Hoorcollege 3 – Hersenontwikkeling en intelligentie
De eerste fMRI studie met kinderen kwam uit 1995 (prille begin van developmental neuroscience) en
die onderzocht de activatie/functionele ontwikkeling van de hersenen aan de hand van onderzoek naar
de cognitieve controlefuncties in de hersenen
Neem leeftijd gerelateerde verschillen mee in hoe kinderen taken uitvoeren (prestatie), want
kinderen presteren anders dan ouderen
Hersenen ontwikkelen zich langzaam op meerdere manieren, ofwel progressive events (bijvoorbeeld
toename in witte stof), of regressive events (bijvoorbeeld afname van grijze stof), maar deze
ontwikkeling is niet in alle gebieden in een gelijk tempo
Gedurende het hele leven is er een mate van plasticiteit (het brein blijft veranderen)
Prenatale ontwikkeling (voor de geboorte): de meeste neuronen worden al gevormd voor de
geboorte, die migreren naar hun eigen plek in het brein, maar de hersenontwikkeling is nog niet klaar
na de geboorte
Foetus van 8 maanden (brein is glad) versus foetus van 9 maanden (brein is gevormd met syri
en gulci)
Postnatale ontwikkeling (na de geboorte): na de geboorte wordt hersenontwikkeling voornamelijk
bepaald door reorganisatie van de synapsen (meer of juist minder connecties), dendritic arborisation
(steeds meer boomstructuur van de dendrieten), toename van diameters van axonen (groter en dikker),
toename van gliacellen (voor ondersteuning van neuronen) en toename van myeline
De hersenen worden grotere naarmate kinderen ouder worden: het brein van een 10-jarig kind
is bijna twee keer zo groot als een baby van 1 week oud
4
