Wat de menselijke hersenen betreft, zijn er evolutionair gezien een drietal verschillende phylogentische hersenstadia beschreven: de hersenstam, het limbisch stelsel en de grote hersenen, elk met hun eigen structuur, eigen functie, eigen informatieverwerkingssnelheid, die ook ontogentisch worden teruggevonden. Deze theorie, die de 'triune brain' heet, heeft nadien wel nog enkele modificaties doorstaan.
Hersenen bestaan uit 100 miljard hersencellen, die neuronen worden genoemd, die via 1.000 tot 10.000 synapsen, of verbindingen, verbonden zijn met andere hersencellen. Dit leidt tot een astronomisch aantal hersenverbindingen die onmogelijk genetisch gecodeerd kunnen zijn, omdat we slechts over ongeveer 30.000 coderende genen beschikken. Waarschijnlijk zijn dan ook enkel de regels die de hersenontwikkeling sturen, genetisch gecodeerd, maar zeker niet elke individuele verbinding.
Verschillende hersencellen verwerken verschillende informatie. Zo zijn er cellen die enkel geactiveerd kunnen worden door een specifieke kleur, andere enkel door een verticale lijn, andere door een gezicht of een gezichtsexpressie. En er bestaan ook hersencellen die bijvoorbeeld enkel reageren op afbeeldingen van kruisen. Alle hersencellen die ongeveer dezelfde informatie verwerken, komen gegroepeerd voor in de hersenen. Dit wordt ook het 'party effect' genoemd: mensen die een gemeenschappelijke discussie voeren, gaan bij elkaar staan om vlotter te kunnen praten.
In de hersenen leidt dit 'party effect' tot het ontstaan van geografisch gescheiden hersencentra, elk met een welbepaalde functie. De hersenen zijn dus modulair opgebouwd. Er bestaat geen centraal gebied in het brein waar alle verwerkte informatie naartoe wordt gestuurd om in zijn geheel tot het bewustzijn door te dringen.
In plaats daarvan is het bewustzijn een som van 'microbewustzijnen': voor elke module - bijvoorbeeld de kleur geel, de geur, de vorm van een zonnebloem - bestaat een apart microbewustzijntje. Die verschillende microbewustzijnen creëren een globaalbeeld door gesynchroniseerd actief te zijn. Alle hersengebieden met hun individuele functies en hun individuele bewustzijntjes die op een bepaald moment synchroon actief zijn, versmelten tot één gezamenlijk bewustzijnsbeeld. Dit is te vergelijken met een koor: we verstaan alle koorleden die synchroon zingen, maar niet diegenen die het ritme van het koor niet volgen..., zolang ze maar niet teveel lawaai beginnen maken.
Iets over buitenlichamelijke ervaringen...
Een team van Belgische artsen, onder wie medewerkers van K.U.Leuven/UZ Leuven was er in november 2008 voor het eerst in geslaagd om bij een patiënt de plaats in de hersenen in beeld te brengen die verantwoordelijk is voor de zeldzame 'out-of-body experience'. Het resultaat van het onderzoek verscheen in het medisch vaktijdschrift 'The New England Journal of Medicine'.
De vaststelling gebeurde veeleer toevallig bij een 63-jarige man die in het UZ Antwerpen in behandeling was voor oorsuizen. Om de luidheid van zijn oorsuizen te verminderen, plantten Antwerpse artsen een hersenimplantaat in dat kleine elektrische schokjes gaf aan dat deel van de hersenen dat overactief was bij oorsuizen.
Na inplanting stelden de artsen herhaaldelijk vast dat een bepaalde combinatie van stimulatieparameters een out-of-body-ervaring bij de man opwekte. De episodes varieerden van 15 tot 21 seconden.
Tijdens de out-of-body-ervaring rapporteerde de man dat hij het gevoel had dat hij zich tot een halve meter buiten zijn lichaam bevond, steeds aan dezelfde zijde, links achteraan. Zijn perceptie van de buitenwereld bleef al die tijd onveranderd en de episodes gingen niet gepaard met autoscopie. Dat is de indruk dat men zijn eigen lichaam vanuit een ander standpunt waarneemt.
Daarop werden bij de man in het UZ Leuven 12 hersendoorbloeding PET-scans uitgevoerd, waarbij zijn hersenen in willekeurige volgorde werden gestimuleerd met het hersenimplantaat, in effectieve of verschillende placebo-instellingen. De scans toonden specifiek tijdens de out-of-body-ervaringen een buitengewone activiteit aan in twee belangrijke hersenzones in de rechter temporoparietale overgang.
De vaststellingen van het Belgische team zijn van belang om te begrijpen wat er in onze hersenen gebeurt tijdens out-of-body-ervaringen. Tevens helpen de vaststellingen om verder inzicht te verwerven in de wijze waarop onze hersenen in staat zijn om onze zelfperceptie te creëren.
Wetenschappers gaan er nu van uit dat een out-of-body-ervaring ontstaat wanneer onze hersenen er niet langer in slagen om onze zelfwaarneming, tastzin, gezichtsvermogen en evenwichtszin met elkaar te integreren. Onder meer sommige patiënten met epilepsie of migraine meldden zulk een out-of-body-ervaring.
In dat team zat ook hersenchirurg Dirk De Ridder, die naar het schijnt op dit ogenblik goed op weg is om verslavingen misschien voor eens en altijd uit de wereld te helpen. Niet met ingewikkelde therapieën, wel door gewoon een magneet op de hersenen te plaatsen, of door er een elektrode in te planten. Het onderzoek zit nog maar in de beginfase, dat wel, maar belooft nu al om revolutionair te worden.
Over magneettherapie en verslavingen...
"Een verslaving is eigenlijk het gevolg van een uit de hand gelopen Pavloveffect," legt De Ridder uit.
Bij een hersenscan bij een alcoholverslaafde, kan volgens De Ridder perfect gezien worden welke zone in de hersenen als het ware begint te juichen bij de gedachte aan alcohol. "Met een magneet kunnen we die zone uitschakelen, waardoor de verslaving ophoudt."
In de voorlopige versie is er wel een groot nadeel: de behandeling met de magneet moet maandelijks herhaald worden. "Als we dat willen vermijden, moeten we bij de verslaafden een elektrode inplanten", zegt De Ridder. "We zijn nu aan het onderzoeken hoe we dat best doen."
Dr. Dirk De Ridder: even voorstellen ...
Dr. Dirk De Ridder is een hersenchirurg met een missie, namelijk: het ontwikkelen van nieuwe behandelingsmethodes voor onbehandelbare aandoeningen gerelateerd aan verstoorde hersenfuncties. Hij is gespecialiseerd in hersenstimulaties ter onderdrukking van fantoompercepties zoals fantoompijn en fantoomgeluid. Zijn niet-klinisch gerelateerde researchdomein behelst de hersenmechanismen betrokken bij zelfperceptie, moraliteit en religie vanuit het perspectief dat een Godsbesef een fantoompercept is van het (niet-)zelf. Zo onderzoekt hij ook buitenlichamelijke ervaringen en geassocieerde waarnemingen.
Dr. Dirk De Ridder is werkzaam in het universitair ziekenhuis in Antwerpen waar hij in juni 2009 BRAI²N oprichtte, een afkorting voor 'Brain Research center Antwerp for Innovative & Interdisciplinary Neuromodulation' en hij is omringd door enkele jonge, briljante medewerkers die samen met een groep wetenschappers uit de gehele wereld zorgen voor dynamische groepsgeest met drang om te begrijpen hoe onze hersenen elk aspect van ons mens-zijn besturen.
BRAI²N onderzoekt de gemeenschappelijke mechanismen van een aantal aandoeningen zoals pijn, oorsuizen, depressie, Parkinson, epilepsie, obsessief compulsief gedrag, obesitas, kleptomanie, verslavingen, tics, fibromyalgie, chronisch vermoeidheidssyndroom, en dergelijke meer om zo tot gelijkaardige behandelingen te komen. Een derde groep pathologieën die onderzocht worden betreffen morele transgressies, zoals psychopathie en parafilie.
Het menselijke brein...
Hoeveel we weten over de hersenen, op een schaal van nul tot honderd? "Acht procent, misschien," aldus De Ridder. "Het kan iets minder zijn, het kan iets meer zijn. Alleszins heel weinig. Omdat we tot voor kort altijd hebben gedacht dat elke functie kan worden gelokaliseerd op een bepaalde plaats in de hersenen. En voor de meer complexe zaken, de zaken die ons tot mens maken - moraliteit, religie, abstract denken, enzovoort - geldt dat niet. Daar hebben we te maken met netwerkfenomenen, die we nog niet zo lang kunnen bestuderen."
Het hersenonderzoek zit in een stroomversnelling. Sommigen gewagen zelfs van een neurorevolutie, vergelijkbaar met de ontcijfering van het menselijk genoom. Staat de wetenschap op het punt het brein te doorgronden?
De Ridder: "Het gaat inderdaad snel, omdat we over steeds verfijnder technieken beschikken die de hersenactiviteit in beeld brengen. Empathie, woede, intelligentie, moraliteit, psychopathie, verliefdheid, al die zaken is men aan het koppelen met welbepaalde zenuwcircuits in het brein.
Daarmee is alvast een oud misverstand van de frenologie uit de weggeruimd. Er bestaat geen eenduidige relatie tussen een motorische, emotionele of cognitieve functie en een specifiek deel van de hersenen. We zien wel heel complexe interacties tussen verschillende hersencircuits, en we komen daar in een snel tempo steeds meer over te weten. Er gaat geen dag voorbij of we krijgen een nieuwe boom in beeld. Maar we krijgen geen zicht op het bos. Wat de hersenwetenschap mist om van een revolutie te spreken, is een Einstein die een compleet nieuw paradigma bedenkt."
Het brein doorgronden is de mens doorgronden. Welk nieuw mensbeeld zal uit die neurorevolutie voortkomen?
"Volgens mij zal het monistische mensbeeld versterkt worden: lichaam en geest zijn één. Het netwerk van neuronen in de hersenen stuurt zowel lichaam als geest. Ik heb zelf ooit een out of body-ervaring gedocumenteerd. We behandelden een patiënt tegen oorsuizingen en plots kreeg die persoon het gevoel dat hij een halve meter achter zijn eigen lichaam stond. Niet omdat zijn geest werkelijk uit zijn lichaam trad, maar als gevolg van de invloed van een elektrode op een deel van zijn hersenen. Het uit zichzelf treden was met andere woorden een constructie van het brein."
Mijn persoonlijkheid en zelfbewustzijn zijn een geheel van elektrische schakelingen?
"Gecombineerd met heel wat chemie. Maar inderdaad, het zelfbewustzijn is een voorstelling van het brein. Maar het is belangrijk om te weten dat het zelfbewustzijn geen vaststaand gegeven is. Er is geen absoluut ik. Het zelfbewustzijn evolueert de hele tijd. Dat blijkt onder meer uit onderzoek naar het geheugen. Je herinneringen aan eenzelfde gebeurtenis zijn nu compleet anders dan wat ze vijf jaar geleden waren. Ze worden continu geüpdated."
U richtte in het voorjaar van 2009 het BRAI²N-instituut op aan de Universiteit van Antwerpen. Wat doet u daar precies?
"Wij zoeken naar klinische toepassingen van de kennis die uit het basisonderzoek voortkomt. Concreet doen we aan hersenmodulatie. We beïnvloeden de hersenactiviteit met ingeplante elektrodes om zaken als depressies, fantoompijnen of verslaving te bestrijden. Het gaat om aandoeningen die het gevolg zijn van een overactiviteit van bepaalde hersencircuits. Tinnitus, bijvoorbeeld, is een ingebeeld geluid. Met elektrodes proberen we die oorsuizingen weg te nemen."
Lukt dat?
"Bij sommige patiënten wel, bij anderen tijdelijk en bij nog anderen niet. We merken bijvoorbeeld dat wanneer we een oorsuizing onderdrukken de last na enige tijd via andere circuits opduikt. Of we merken dat de taal waarmee de elektrode met de ene persoon communiceert, niet begrepen wordt door de hersenen van de ander. Het is dus een voortdurende zoektocht, wat nog eens aantoont dat die hersencircuits niet alleen heel complex zijn, maar ook evolueren en verschillen van persoon tot persoon."
Zal de neurowetenschap psychopathie kunnen genezen?
"Theoretisch wel. Men is volop aan het onderzoeken waar onze moraliteit zich situeert in het brein. Hersenscans tonen verschillende hersenontwikkelingen bij psychopaten. Als je het defect kunt definiëren, kan men het in theorie ook repareren. Daar schuilt ook een gevaar in. Een neurochirurg kan evengoed een elektrode plaatsen boven de oogkassen van een persoon, om de orbitofrontale schors te stimuleren, die onder meer van belang is voor onze moraliteit. Een generaal zou dan met een afstandsbediening de moraliteit kunnen uitschakelen wanneer zijn soldaten ten strijde trekken. Voor de soldaten zou dat misschien een goede zaak kunnen zijn, want ze zouden achteraf misschien geen last hebben van posttraumatische stress."
De Britse neuroloog Adrian Raine zegt dat hij, als het technisch op punt zou staan, zijn kinderen preventief een hersenscan zou laten ondergaan om te controleren of hun brein neiging tot crimineel gedrag vertoont. Want als dit het geval zou zijn, zou hij ook preventief maatregelen kunnen nemen om te vermijden dat ze op het slechte pad raken.
"Raine is dé expert inzake psychopathie. En hersenscans kunnen inderdaad tonen of iemand een neiging tot agressief gedrag vertoont. Maar zo'n scan werkt alleen als de proefpersoon bereid is mee te werken. Een hersenscan registreert de reactie van het brein op een prikkel. Maar je kunt je opzettelijk voor die prikkel afsluiten. Als je iemand beelden toont uit een horrorfilm, maar de proefpersoon denkt opzettelijk aan een paradijselijk strand, zal de hersenscan verkeerde informatie weergeven."
Als psychopathie of pedofilie voortkomt uit een slecht functionerend hersencircuit, rijst de vraag of die daders nog verantwoordelijk zijn voor hun daden.
"Dit wordt inderdaad een belangrijk ethisch debat binnen de rechtspraak. Er is trouwens een precedent. Een veertigjarige leraar met een onbesproken leven ontwikkelde op een bepaald moment interesse voor pornografie. Die belangstelling evolueerde naar pedofiele neigingen, en op een bepaald moment randde hij een minderjarige aan. De man kwam voor de rechter en werd veroordeeld.
Hij klaagde echter over enorme hoofdpijn, en dokters ontdekten een grote tumor net op de zone waar pedofiele neigingen ontstaan. Met het verwijderen van de tumor verdween ook de belangstelling van de man voor kinderporno. Hij kwam vrij en nam de draad van zijn leven weer op. Tot een paar jaar later de zin in pornografie terugkwam. De man ging meteen naar de dokter, die vaststelde dat ook de tumor terug was. Is die man verantwoordelijk voor zijn daden?
Kinderen van een moeder die zwaar rookt tijdens de zwangerschap ontwikkelen veel minder orbitofrontale schors. Daardoor voelen ze minder empathie en neigen ze meer tot agressief en antisociaal gedrag. Is dat kind dan schuldig als het een misdrijf pleegt? Misschien komt de dag dat de concepten van schuld of onschuld niet meer gelden, en dat rechterlijke beslissingen nog enkel gebaseerd zijn op de vraag of iemand een gevaar betekent voor de maatschappij."
Als al onze daden en gedachten te herleiden zijn tot chemische en elektrische reacties in de hersenen, komen de ideeën van vrijheid en zelfbeschikking ook op de helling te staan.
"Inderdaad. Vrije wil is een illusie. Als je in de hippocampus van een rat een elektrode stopt, kun je met bijna honderd procent zekerheid voorspellen of het dier naar links of rechts zal lopen, enkel en alleen door zijn hersenactiviteit te meten voor hij aan het kruispunt komt. Misschien blijkt dat ook bij de mens de keuze of we naar links of naar rechts gaan al lang op voorhand bepaald werd door de processen in de hersenen."
Vindt u dat geen vervelende gedachte?
'Neen. Het is niet omdat mijn vrije wil een illusie is, dat ik geen zin en vreugde in mijn leven zou ervaren. Vergelijk het met de filosofische vraag van de existentialisten in de jaren zestig: het is niet omdat het leven zinloos is, dat je er niet van moet genieten.'
De zogenaamde neurorevolutie zal het mechanische en deterministische mensbeeld alleen maar versterken.
"Vandaar dat ik ook een tegenreactie verwacht. Nog meer mensen zullen hun toevlucht nemen tot allerlei vormen van spiritualiteit, in de hoop dat er nog iets anders is. Maar voor mij maakt het feit dat we verliefdheid kunnen verklaren als een reactie in de hersenen die verliefdheid niet minder aangenaam."
Concepten als goedheid en schoonheid verliezen ook hun betekenis, want het zijn slechts hersenreacties, die bovendien ten goede of ten kwade gestimuleerd kunnen worden.
"De concepten moeten misschien geherdefinieerd worden. Schoonheid is datgene wat bij mij persoonlijk in de hersenen het beloningscircuit maximaal stimuleert."
Licht bij de persoon die denkt goed te doen door een vijand te doden dezelfde hersenzone op als bij de persoon die denkt goed te doen door zijn vijand de hand te reiken?
"Grosso modo wel, ja. Het beloningsmechanisme in de hersenen is het resultaat van een leerproces: mensen leren goed te doen omdat hun hersenen een beloning ervaren wanneer ze zo handelen. Met als gevolg dat ze de volgende keer op dezelfde manier handelen. Pure operante conditionering, eigenlijk, een leerproces van trial and error. Het is trouwens datzelfde beloningssysteem dat geactiveerd wordt bij seks, drugs, alcohol. De prikkel is anders, maar het hersencircuit is hetzelfde."
Ook bij naastenliefde, dus?
"Ja. En zo komen we alweer uit bij fundamentele filosofische vragen: is het goede absoluut, zoals Kant zegt, of is het goede datgene wat voor het grootste deel van de bevolking leidt tot tevredenheid? Dat is de utilitaristische opvatting van onder meer de Britse rechtsfilosoof Jeremy Bentham, of van de darwinisten. De clan die solidariteit ontwikkelde, bleek destijds grotere overlevingskansen te hebben dan de clan waar het ieder voor zich was.
Volgens mij zal de neurowetenschap de laatste strekking bevestigen. Moraliteit is een constructie van de hersenen om ons sociaal te laten overleven. Dat verklaart ook waarom moraliteit evolueert. Vijftig jaar geleden was het moreel goed om homoseksualiteit te veroordelen, vandaag is het moreel verwerpelijk om homo's te straffen.
Wetenschap heeft al lang geen scheppende God meer nodig om de werkelijkheid te verklaren. Maar ze kan niet bewijzen dat God niet bestaat. Zal de neurowetenschap, in een soort omgekeerde bewijsvoering, kunnen bewijzen dat het godsbesef van veel mensen slechts een knettering van de hersenen is? Mijn hypothese is dat God een fantoom is. Als men een hand amputeert, heeft 15 à 20 procent van de patiënten fantoompijn, maar 85 à 90 procent heeft fantoomgevoelens. Ze voelen de vingers die er niet meer zijn.
Als een persoon zich volledig isoleert van externe prikkels, in een donkere kamer, zonder geluid, op lichaamstemperatuur, zal bijna iedereen een aanwezigheid voelen. Naargelang de cultuur waarin die persoon opgroeide, kan hij die aanwezigheid God, of Allah, of Jahweh noemen. Waarschijnlijk is dat wat mystici ervaren. Zeggen dat God daarom niet bestaat, is geen vraag voor de neurologie. Neurowetenschap kan wel bewijzen dat je God niet nodig hebt om hem waar te nemen."
Zal men met hersenstimulatie het brein kunnen oppeppen? Creativiteit of intelligentie stimuleren?
"Op zich zal dat geen groot probleem zijn. Het geheugen, bijvoorbeeld, consolideert de ontvangen informatie 's nachts. Men heeft al die omzetting van kortetermijngeheugen in langetermijngeheugen versterkt met elektrodes, waarna de proefpersonen de volgende dag beter presteerden op geheugentests."
Dat is een geschenk voor de student of de manager die in korte tijd veel informatie moet verwerken.
"Absoluut. We weten alleen niet of die stimulatie blijvend zal zijn. Ik bedoel: niemand kan een marathon spurten. Ook de hersenfuncties kun je oppeppen, maar je moet opletten dat het systeem niet instort. De burn-out is daar een voorbeeld van, of verslaving. Je hersenen passen hun referentiepunt aan: wie alcohol nodig heeft, zal steeds meer moeten drinken om dezelfde roes te ervaren. Met hersenstimulatie is dat net zo. Het risico bestaat dat je op een bepaald moment crasht."
De vraag is of we zo'n plastische hersenchirurgie wel willen.
"Willen we dat mensen peppillen gebruiken om beter te presteren? Het gebeurt nu ook al. Hoeveel mensen zonder depressie nemen niet van tijd tot tijd wat prozac om zich opgewekter te voelen? Met hersenstimulatie zal net hetzelfde gebeuren. Trouwens, op het internet vind je al sites die tonen hoe je die toestelletjes om de hersenactiviteit te stimuleren in elkaar kunt steken. Ze kosten zo'n 80 euro aan onderdelen. Maar opnieuw: er bestaat niet één soort stimulatie die voor iedereen hetzelfde effect heeft. Daarvoor zijn de hersenen een te complex en te individueel netwerk."
Zullen we reeds vermeldden staat het geheel nog in zijn kinderschoentjes. De mens kan reeds op de maan wandelen, maar van de werkzaamheden van onze eigen hersenen weten we nog maar weinig af. In elk geval zullen we trachten Dr. De Ridder op de voet te blijven volgen, beloofd.