Helpt neurobeeldvorming ons

Helpt neurobeeldvorming ons
bij het uitrafelen van psychologische processen?
Géry van OUTRYVE d’YDEWALLE
In de oudere psychologie werd het bestaan van onderliggende, fysiologische variabelen van
het gedrag afgeleid o.m. door allerlei perifere metingen te verrichten. Om de hersenactiviteiten
te meten was vooral de E.E.G. vrij populair. Hersenactiviteit genereert elektrische signalen die
gemeten worden door electroden die op de schedel geplaatst worden. Toch is de techniek
problematisch omdat haar bevindingen veel te globaal zijn. Zij weerspiegelen de werking van
vele hersencellen: je weet dan wel dat de hersenen actief zijn, maar je weet dan nog niet wat
de hersenen precies doen. Dat was overigens binnen de oudere psychologie ook niet echt
nodig aangezien het enkel ging om de gedragsvariabelen te valideren. De cognitieve
psychologie en vooral de informatieverwerkingstheorieën wensten duidelijk verder te gaan:
Men wou specifieke mentale processen uitrafelen die aan de grondslag liggen van bepaalde
gedragsactiviteiten. Hun fysiologische basis onderzoeken was technisch niet mogelijk omdat
er nog geen methodes bestonden om de specifieke activiteiten van bepaalde hersendelen te
relateren aan specifieke mentale processen.
Nieuwe technologische ontwikkelingen laten dit nu wél toe, en dit verklaart de huidige
opkomst van de cognitieve neurowetenschappen. De cognitieve neurowetenschappen nemen
als het ware de cognitieve - ruimer de mentale - aspecten en de gedragsaspecten van mensen
serieus. Ze proberen vanuit de eigenschappen van de machine (het lichaam, de hersenen, het
zenuwstelsel, het hormonaalstelsel, enz.), vanuit de herkomst van de machine (evolutie, en
dus de aanpassingen aan de ecologische en sociale problemen waar mensen zich sedert hun
eencellige afkomst voor gesteld hebben gezien), en vanuit de eigenschappen van de cognitieve
taken voor de machine te begrijpen waarom mensen zich gedragen zoals zij zich gedragen, en
waarom zij zich voelen zoals zij zich voelen. De cognitieve neurowetenschappen gaan over de
vraag hoe de hersenen de vele werken verrichten die we aanduiden met emotie, perceptie en
categorisatie, denken en geheugen, taal, motoriek, aandacht, planning, bewustzijn, en over de
vragen hoe de mens aan die vermogens komt en hoe een individu die capaciteiten ontwikkelt.
Door deze technologische ontwikkelingen bestaan er nu verfijndere technieken die wel
toelaten de bevindingen van de E.E.G. te relateren aan specifieke gebeurtenissen of mentale
processen. Dit gebeurt door een selectie van de elektrische activiteiten te maken die
rechtstreeks geassocieerd zijn met die specifieke gebeurtenissen of mentale processen; die
noemt men de “event-related potentials” of E.R.P. De E.R.P. wordt gemeten met een groot
aantal electroden op verschillende plaatsen over de schedel. Er is de laatste jaren een
toenemende tendens om over grote aantallen elektroden te meten. Meten over 32 elektrodes
wordt steeds meer de standaard, en 64 of 128 elektrodes zijn ook al geen zeldzaamheid meer.
Om dat betrouwbaar te kunnen doen is een groot aantal meetpunten (elektrodes) vereist. De
metingen gebeuren met een zeer grote temporele resolutie (grootte-orde van één meting per
ms).
Hierbij wordt verondersteld dat elektrische activiteit op een bepaalde plaats op de schedel de
activiteit van de eronderliggende hersenstructuren weerspiegelt. Indien men registraties doet,
bijvoorbeeld, bij het luisteren naar taal, kunnen in het E.E.G. bepaalde componenten zichtbaar
gemaakt worden die met de betekenis en de grammatica van taal samenhangen. Zo leidt het
laatste woord in de zin “Hij eet een boterham met schoen” tot een grote negatieve uitslag in
het E.E.G.-signaal met een maximale waarde zo’n 400 ms nadat het woord “schoen” gehoord
is. Om die reden heet deze hersenpotentiaal de N400. Deze component treedt op als een
woord in zijn betekenis niet goed in de zin past. Bij een grammaticale schending in de zin
wordt een heel ander effect gevonden. Zo leidt het woord “roepen” in de zin “De jongen
roepen de agent” tot een grote positieve piek in het E.E.G.-signaal. Deze piek wordt zichtbaar
in het E.E.G. zo’n 600 ms nadat het onjuist verbogen werkwoord gehoord is (P600 genoemd).
Vanwege de enorme complexiteit van onze hersenen blijft het toch heel moeilijk te zeggen
waar en op welk manier de elektrische signalen precies in de hersenen worden gegenereerd.
Ten eerste is het zeer onwaarschijnlijk dat een bepaalde E.R.P.-component één onderliggend
proces weerspiegelt; er is op elk moment in de tijd sprake van gelijktijdige activatie van een
groot aantal gebieden. Ten tweede zijn diverse factoren zoals de locatie van activiteit, de
dichtheid van het hersenweefsel en de elektrische geleiding van het bot, van invloed op het
signaal dat uiteindelijk op de schedel wordt gemeten. Dus, hoewel E.R.P/-maten van
cognitieve processen een hoge resolutie in de tijd hebben, zijn ze minder geschikt voor het
lokaliseren van deze activiteit in de hersenen.
Met behulp van micro-electroden ingebracht op een zeer nauwkeurig bepaalde plaats in de
hersenen van dieren is het mogelijk de elektrische activiteit van individuele neuronen te meten
(“single cell recording”). Deze methode combineert een hoge spatiale resolutie met een hoge
temporele resolutie. Om ethische redenen is de methode echter niet op de mens toe te passen.
De beperking van deze methode is ook dat de eigenschappen van neuronale netwerken niet
noodzakelijkerwijs op een eenvoudige manier volgen uit de eigenschappen van de neuronen
die deel uit maken van het netwerk. Het zijn uiteindelijk populaties van neuronen wiens
gezamenlijke activiteiten ten grondslag liggen aan cognitieve functies.
Recentelijk zijn de PET scans populair geworden (“Positron-Emissie Tomografie”). De
hersenen converteren glucose in energie. Wanneer de proefpersoon genjecteerd wordt met
glucose die radioactief is, dan zal die glucose vooral zich opstapelen in die hersendelen die
voor de uitvoering van een bepaalde taak belangrijk zijn. De radiatie wordt dan door een
scanner gelokaliseerd: We krijgen een beeld van de hersenen, en de verschillende kleuren in
het beeld verwijzen naar verschillende niveaus van activiteiten in de verschillende
hersenzones. De lokalisatie in de hersenen vindt plaats met een vrij hoge nauwkeurigheid: De
spatiale resolutie is in de orde van mm. Radioactief verval is echter een langzaam proces: Er
dient dus een bepaalde tijd gewacht te worden voordat voldoende radioactieve gebeurtenissen
geteld zijn om betrouwbaar een beeld te bepalen. Meetperiodes zijn dus gebaseerd op ten
minste 1 min; kortere tijden kunnen niet. Dus, in tegenstelling met de hoge spatiale resolutie
is de temporele resolutie slecht te noemen. Verder moet opgemerkt worden dat we niet direct
de elektrische neuronale activiteit meten die ten grondslag ligt van de informatieverwerking,
maar wel de metabolische activiteit die hier het gevolg van is.
Nog recenter is de MRI techniek (“Magnetic Resonance Imaging”). Krachtige magnetisch
velden en radio frequenties veroorzaken vibraties in de atoomkernen van de cellen en die
worden dan “gescand”; een computerprogramma laat dan toe een duidelijk beeld te hebben
van de verschillende hersenactiviteiten, vooral in de diepere lagen van de hersenen. Deze
techniek zorgt voor uitzonderlijk precieze beelden van de hersenstructuur. Het meten van de
activiteit van de verschillende hersendelen is gebaseerd op de vibraties van atoomkernen in
het toegevoerde bloed.
Men verwijst doorgaans naar de twee technieken, PET en MRI, als “brain imaging”
technieken, omdat wij een beeld krijgen van de specifieke delen van de hersenen die actief
zijn bij de uitvoering van een taak. Een nieuwe techniek is de transcraniale magnetische
stimulatie (TMS). Deze methode meet geen hersenactiviteit (zoals PET, MRI, en E.E.G.)
maar intervenieert juist actief in neuronale activiteit door middel van elektromagnetische
inductie. Met behulp van deze methode wordt het mogelijk te bekijken welke hersengebieden
oorzakelijk betrokken zijn bij het tot stand komen van verschillende functies. Er wordt van
TMS dan ook wel gezegd dat deze techniek een zogenaamd functioneel oplossend vermogen
bezit. Door het selectief verstoren of optimaliseren van specifieke hersenactiviteit kan worden
vastgesteld wat de functionele bijdrage van dat gebied is. Klinische studies laten zien dat de
neurofysiologische afwijkingen die gepaard gaan met psychiatrische stoornissen, met behulp
van TMS kunnen worden genormaliseerd. Op dit moment is de techniek klinisch gezien nog
niet voldoende gevalideerd en toekomstig onderzoek moet uitwijzen wat de precieze rol van
TMS zou kunnen zijn in de behandeling van psychiatrische stoornissen.
.
Deze “brain imaging” en aanverwante technieken zijn van recente datum. Ze worden nu
vooral gebruikt door de cognitieve psychologie en de informatieverwerkingstheorieën, om de
hersenactiviteiten bij mentale processen beter te leren kennen: Indien vooropgestelde mentale
processen inderdaad samengaan met specifieke hersenenactiviteiten, dan krijgen deze
hypothetische mentale processen een validering.