Onze hersenen zijn nog altijd grotendeels ondoorgrondelijk. Maar van sommige hersengebieden weten we wel waarvoor ze dienen. Hoe is dat ooit vastgesteld?
In 1848 schoot bij een ontploffing een metalen staaf in het brein van spoorwerker Phineas Gage. De Amerikaan overleefde. Maar zijn karakter was veranderd. De rustige Gage was voortaan nogal ongeremd en onaangepast. De staaf had bij hem de prefrontale cortex beschadigd, helemaal vooraan in het brein. Dan zal dat deel van de hersenen wel iets te maken hebben met ons karakter, was het vermoeden, en met hoe we ons gedragen tegenover elkaar.
Zo kwamen de vroegste aanwijzingen voor de locatie van hersenfuncties nogal eens van ongelukken. Nog een beroemd geval: patiënt HM. Deze Amerikaan had ernstige epileptische aanvallen. Als behandeling sneed chirurg William Scoville in 1953 enkele hersendelen weg, waaronder de hippocampus. Na de operatie kon zijn patiënt geen nieuwe herinneringen meer aanmaken. Nieuwe gezichten, belangrijke gebeurtenissen: HM vergat ze meteen weer. De hippocampus, zo bleek, is kennelijk belangrijk bij het opslaan van nieuwe gegevens.
Dan hadden de patiënten van de Amerikaans-Canadese neurochirurg Wilder Penfield het beter. Of nou ja, Penfield opende hun schedel en prikkelde daarna met een elektrode plekjes in het brein. De patiënten waren ondertussen gewoon bij bewustzijn, zodat ze konden vertellen wat ze voelden. Ook deze mensen leden aan epilepsie en dit was de manier waarop Penfield (1891-1976) zocht naar de haard waar de aanvallen ontstonden.
Een leuke bijvangst was dat hij door het stimuleren van hersengebieden lichaamsdelen kon laten bewegen. Op andere plekken bleek de elektrische puls herinneringen op te roepen. Penfield kon patiënten zelfs laten hallucineren. Door de elektrode zagen patiënten dingen die er niet waren. Met een prikkel op een andere plaats hoorden ze stemmen. Of ze roken geuren of voelden iets op hun huid. Soms veroorzaakte Penfield met zijn prikkel een gevoel van eenzaamheid. Zo werden hersenfuncties aanwijsbaar, met een elektrode.
Een sensorische kaart van het brein (homunculus). Verschillende lichaamsdelen zijn op verschillende plekken op de sensorische schors gelokaliseerd. Penfield maakte met zijn collega's de eerste sensorische en motorische homunculi.
Database Center for Life Science(DBCLS), CC BY-SA 2.1 JP via Wikimedia CommonsIn de scanner
“Gelukkig zijn dit niet de enige methodes die we hebben om meer te weten te komen over het brein”, zegt hersenonderzoeker Steven Miletić van de Universiteit Leiden. Het belangrijkste gereedschap om de functie van een breingebied te achterhalen, is tegenwoordig de MRI-scanner. “Bij fMRI meten we de doorbloeding van de hersenen”, legt Miletić uit. Het idee is dan dat actievere hersengebieden meer zuurstof nodig hebben. En dus meer bloed. Kortom: zie je op het scherm een hersenplek waar veel bloed naartoe moet, dan zal het wel erg actief zijn.
“In de scanner laten we proefpersonen een taakje uitvoeren”, vertelt Miletić. Ze zien bijvoorbeeld een foto. Opdracht: bedenk hoe de mensen op de foto zich zullen voelen. Intussen kijken de onderzoekers welke hersengebieden oplichten. Zo is er een genotscentrum aan te wijzen en een angstcentrum. “Van sommige gebieden weten we goed wat ze doen”, zegt Miletić. Van andere weten we veel minder.
Dieper in het brein bijvoorbeeld. Daar is het lastig om fMRI toe te passen. Miletić deed onderzoek naar de zogeheten ‘subcortex’, een gebied ongeveer vijf centimeter onder de schedel. “Het bestaat uit honderden gebiedjes, per hersenhelft.” We weten er nog weinig van. Miletić gaf zijn proefpersonen taakjes waarbij ze beslissingen moesten nemen en keek welke gebieden in de subcortex daarbij oplichtten. Dat kon alleen dankzij een heel krachtige scanner. Zo leerde Miletić meer over welke gebieden betrokken zijn bij keuzes maken en leren.
Hersengymnastiek
Er is wel een belangrijke vraag, voegt Miletić toe: in hoeverre zijn bepaalde functies op een specifieke plek in het brein gelokaliseerd? Voor veel taken zet het brein meerdere hersengebieden tegelijk in. Zoals in Miletić’ onderzoek naar beslissingen. Zie dan maar eens te achterhalen welk plekje precies wat doet. Dat kunnen we nog niet.
“Het is ook niet zo dat een specifiek gebied slechts één ding doet”, zegt Miletić. Dezelfde kwab kan aanslaan bij een heleboel verschillende opdrachten. En dan zijn de hersenen ook nog eens flexibel. Zoals bij mensen die blind worden. De visuele cortex kan een nieuwe baan krijgen, bijvoorbeeld bij het leren lezen van het brailleschrift, zoals wetenschappers van onder meer het Japanse National Institute for Physiological Sciences lieten zien.
“Je moet de metingen aan het brein in samenspel met andere onderzoeksmethoden zien”, zegt Miletić. Bij proefdieren is het bijvoorbeeld mogelijk om de schedel te openen en met een elektrode neuronen te prikkelen. Zoals Penfield dat bij patiënten deed. Vervolgens zijn de resultaten van verschillende studies bij mensen en bij dieren hopelijk aan elkaar te koppelen. Zodat we kunnen zeggen: inderdaad, deze kwab gaat aan bij angst, en deze gaat door het dak bij genot. Plus nog wat plekjes verderop. Want dat wordt steeds meer helder: voor heel wat hersengymnastiek zit het geheim niet alleen in goed werkende lobben, maar ook in goed samenwerkende lobben.
