  Chapter 

De cognitieve neurowetenschap kreeg zijn naam eind zeventiger jaren. Cognitie betekent het proces van begrijpen en de neurowetenschap bestudeert de organisatie en functie van het zenuwstelstel. De grote beperking die vroeger aanwezig was, was dat men geen methoden had om de psyche systematisch en op een experimentele wijze te onderzoeken. Willis was de eerste die specifieke schade aan het brein kon relateren aan storingen in gedrag. Hij stelde een theorie op die beschreef hoe informatie door het brein getransporteerd werd (neuronale conductie). Zodoende staat Willis aan het begin van de cognitieve neurowetenschap.

Hoe werd vroeger gedacht over de functie van het brein?

De frenologie

De moderne wetenschap houdt zich in essentie bezig met de vraag of het brein als een geheel werkt of in onafhankelijke delen. In de negentiende eeuw ontwikkelden met name de heren Gall en Spurzheim de frenologie, op basis van de stelling van Willis dat geïsoleerde hersenschade het gedrag kon aantasten. Aanhangers van de frenologie stellen dat ieder deel van het brein betrokken is bij een specifieke functie, zoals taal en persoonlijkheidskenmerken. Er werden in totaal 35 specifieke functies onderscheiden. Het fundamentele idee van de frenologie is dat wanneer een functie vaker wordt gebruikt het bijbehorende deel van het brein zal groeien waardoor er een bult ontstaat. Door uitwendig onderzoek naar deze bulten kon de persoonlijkheid worden bepaald. Gall noemde dit anatomische personologie. Hij testte zijn ideeën niet, maar zijn idee van specifieke functies en specifieke hersendelen sluit aan bij het idee van Willis.

Aggregate field theory

Flourens deed onderzoek naar het werk van Gall. Op grond van dieronderzoek meende hij dat het gehele brein een rol speelt bij gedrag. Hij maakte beschadigingen in het brein van dieren en ontdekte dat sommige hersendelen inderdaad verantwoordelijk waren voor specifieke functies, maar dat andere functies, zoals geheugen of cognitie, verspreid waren over het gehele brein. Hieruit maakte hij op dat het brein juist als een geheel functioneerde. Hij noemde dit idee ook wel de aggregate field theory.

Hughlings Jackson observeerde patiënten met hersenbeschadiging en kwam tot een topografische organisatie van de cerebrale cortex; iedere lichamelijke functie in het lichaam hield verband met activiteit in een bepaald deel van de hersenen. Dit komt weer overeen met de lokalisatie theorie. Zo ontdekte hij dat laesies aan de rechterzijde van het brein meer effect hadden op visuo-spatiële processen dan laesies aan de linkerzijde. Bovendien bleek dat het totale verlies van een functie na hersenbeschadiging zeldzaam was. Zodoende concludeerde hij dat verschillende regio’s bijdragen aan bepaald gedrag.

De hersenen en taal

Na een beroerte kon een patiënt van Broca bijna niet meer spreken, maar nog wel taal begrijpen. De hersenbeschadiging werd gelokaliseerd in de linker inferieur frontaal kwab, nu bekend als het gebied van Broca, dat is betrokken bij het produceren van taal.

Wernicke beschreef een patiënt wiens spraakvermogen na een beroerte juist onaangetast was, maar geen begrijpelijke taal gebruikte. Bovendien kon de patiënt gesproken en geschreven taal niet begrijpen. Deze patiënt had ook hersenbeschadiging in het linker deel van de hersenen, maar in een gebied achter het gebied van Broca. Het gebied van Wernicke ligt op het punt waar de temporale en pariëtale kwabben elkaar raken.

Cyto-architectuur

Hersenonderzoek bij mensen was toentertijd pas na het overlijden van een patiënt mogelijk, dus richtte men zich op dieren. Fritsch en Hitzig ontdekten dat elektrische stimulatie van bepaalde hersengebieden bij een hond, bepaalde bewegingen tot gevolg hadden. Doordat de verschillende regio’s verschillende functies leken te hebben, bedachten zij dat er cellulaire verschillen zouden moeten zijn. Daarom werd met microscopen gekeken naar de celtypen, door deze te visualiseren met bepaalde stoffen. Hierdoor bepaalde Brodmann 52 aparte gebieden in het brein. Deze vorm van wetenschap staat bekend als cyto-architectuur.

Neuronen

Golgi is verantwoordelijk voor een grote omslag in de neurowetenschappen. Hij ontwikkelde een stof die neuronen zwart kleurden, waardoor aparte neuronen zichtbaar werden. Hij bleef het brein echter zien als één geheel van weefsel met hetzelfde cytoplasma (syncytium). Cajal gebruikte de stof die Golgi ontwikkelde en ontdekte dat neuronen aparte eenheden zijn (neuron doctrine) en dat elektrische signalen in één richting worden vervoerd, namelijk van dendriet naar axon.

Ook Sherrington zag het neuron als een apart onderdeel en introduceerde de term synaps om de verbinding tussen twee neuronen te beschrijven. Toch bleven veel wetenschappers aan het begin van de twintigste eeuw vasthouden aan de holistische visie, namelijk dat de netwerken van neuronen en de interacties de functies integreerden.

Hoe zag psychologisch onderzoek naar het brein er vroeger uit?

Rationalisme en empirisme

Donders startte in 1869het onderzoek naar reactietijden om de verschillen in cognitieve verwerking te bepalen. Tot de opkomst van de experimentele psychologie hielden voornamelijk filosofen zich bezig met vraagstukken rondom de geest. Zij hadden hierbij twee visies; het rationalisme en het empirisme. Volgens het rationalisme kan je door de juiste beredenering tot alle kennis komen. Het rationalisme wordt vaak verward met logisch denken, wat afhankelijk is van inductie, statistiek en waarschijnlijkheden. Het is echter een complexere en uitgebreidere manier van denken. Volgens het empirisme volgt uit sensorische ervaring alle kennis. Alle filosofen benadrukten de rol van sensorische ervaring. De associatieve visie die hieruit volgde was de basis voor de experimentele psychologie. Deze stelde dat door directe ervaring simpele ideeën ontstaan, maar als je deze met elkaar associeert er hele complexe concepten kunnen ontstaan. Psychologische associationisten geloven dat de totale ervaring van een persoon zijn of haar mentale ontwikkeling bepaalt.

Observeerbaar gedrag

Ebbinghaus was één van de eerste wetenschappers die interne mentale processen, zoals het geheugen, ging meten en analyseren. Thorndike ontdekte dat als een respons wordt beloond, deze respons een gewoonte wordt. Zonder beloning neemt de gewoonte weer af. Volgens Watson zou psychologie alleen objectief kunnen zijn, als het gebaseerd was op observeerbaar gedrag. Hij stelde dat leren het belangrijkst was en dat iedereen hierdoor op allerlei manieren kon ontwikkelen.

Montreal procedure en Hebb

Hoewel Amerikaanse psychologen gefocust waren op het behaviorisme, waren de psychologen in Canada en Groot-Brittannië dit niet. Montreal werd een belangrijke plaats voor nieuwe ideeën over de invloed van de biologie op cognitie en gedrag. Zo werd onder andere de Montreal procedure opgestart door Penfield, Deze procedure was ontwikkeld ter behandeling van epilepsie. Bij deze procedure werden de neuronen verwoest die de epileptische aanvallen veroorzaakten. De bepaling welke neuronen beschadigd moesten worden, werd gedaan met elektrische stroompjes om te kijken hoe de wakkere patiënt reageerde. Hierdoor werd een soort sensorische en motorische map van de hersenen gemaakt.

Hebb was overtuigd dat de hersenmechanismen gedrag verklaarde en dat de psychologie en biologie van een organismen niet apart van elkaar gezien konden worden. Tegenwoordig is dit idee geaccepteerd, maar toentertijd werd het dat niet. Hebb schreef een boek waarin hij zei dat neuronen combineren tot een enkele verwerkingseenheid, die de reacties van de hersenen op stimuli bepaalt. Daarnaast zei hij dat de hersenen altijd actief waren, en dat input van de buitenwereld alleen de al bestaande activiteit aanpaste. Milner was de eerste die bewees dat er meerdere geheugensystemen waren.

Chomsky

Het behaviorisme bleef echter domineren tot ongeveer 1950. De grootste bijdrage aan de ommezwaai kwam van Chomsky die ontdekte dat taal afhankelijk was van het volgen van grammaticale regels. Het leren van taal kon niet verklaard worden vanuit de leertheorie. Dit principe was zo complex en universeel, dat het wel aangeboren moest zijn. Miller, lange tijd overtuigd behaviorist, liet deze visie in diezelfde periode varen en toonde de grenzen van het korte termijn geheugen, namelijk 7 +/- 2 chunks. Niet veel later waren de cognitieve neurowetenschappen geboren.

Prefrontale cortex

Men ontdekte dat de cognitieve neurowetenschappen afhankelijk waren van vele disciplines, zoals linguïstisch, computerwetenschap, biochemie en anatomie. Goldman-Rakic beschreef de netwerken van de prefrontale cortex en hoe het gerelateerd was aan het werkgeheugen. Ze ontdekte ook individuele cellen in de prefrontale cortex die specifiek geheugentaken hadden. Hiernaast onderzocht ze de invloed van dopamine op de prefrontale cortex.

Welke instrumenten worden gebruikt in de neurowetenschap?

Veranderingen in elektrische impulsen, fluctuaties in de bloedstroom en veranderingen in het gebruik van zuurstof en glucose zijn de drijvende krachten van de hersenen. Het zijn de parameters die geanalyseerd worden in diverse methoden om te onderzoeken hoe mentale activiteiten gesteund worden door de functies van het brein.

Het meten van elektrische activiteit en de bloedstroom

Het electro-cardiogram (ECG) is oorspronkelijk bedacht door Richard Canton om spontane elektrische activiteit van de cerebrale cortex te meten. Dit deed hij als eerst bij apen en honden. De modernere versie werd ontwikkeld door de Nederlander Willem Einthoven. Hij ontwikkeldede ‘string galvanometer’. Hiermee kon hij fotografische opnamen maken van de elektrische activiteit. Later werd dit hernoemd tot een electroencefalogram.

Later begonnen meer onderzoekers zich te focussen op het meten van de bloedstroom in het brein. Angelo Mosso gebruikte een apparaat dat direct op de schedel geplaatst werd en ontdekte dat er lokaal veranderingen optraden in pulsaties in de hersenen tijdens mentale activiteiten. Seymour Kety ontwikkelde een methode om de bloedstroom en het metabolisme van de menselijke hersenen als geheel te meten. Zijn onderzoeken met dieren toonden aan dat de bloedstroom direct gerelateerd was aan het functioneren van het brein.

CAT- en PET-scans

In de jaren ’30 van de vorige eeuw ontwikkelde Vallebona tomografische radiografie, een techniek waarin een serie van dwarse secties genomen wordt. Hounsfield was degene die als eerste een succesvolle CAT-scan (computerized axial tomography)uitvoerde om een driedimensionaal beeld te krijgen van de hersenen. Echter, een CAT-scan liet niet veel zien over de functie van de hersenen. Hierdoor werd een nieuwe techniek ontwikkeld, namelijk de PET-scan (positron emisson tomography), een non-invasieve techniek die informatie kon verschaffen over het functioneren van het brein. Later werd de PETT ontwikkeld, positron emisson transaxial tomography. Radioactieve versies van zuurstof, stikstof en koolstof werden geproduceerd en geïnjecteerd in de bloedsomloop. Deze worden opgenomen in moleculen in een orgaan, waar de radioactiviteit afneemt. Deze afname wordt gemeten over tijd en hierdoor kunnen er conclusies getrokken worden over het metabolisme. Later werd er ook een PET-methode gevonden om de mate van glucose verbruik te meten.

MRI-scan

MRI, magnetic resonance imaging, is gebaseerd op het principe van nucleaire magnetische resonantie, hetgeen als eerst beschreven en gemeten is door Isidor Rabi in 1938. Protonen in watermoleculen vormen een lijn in een magnetisch veld. Door radio frequentie pulsen uit te zenden, wordt een voltage gemeten in ontvangende spoel. Deze voltage verandert over tijd, afhankelijk van de functie van de proton-omgeving. De voltages kunnen ons informeren over het weefsel. De MRI-scan werd geboren toen onderzoekers aantoonden dat nadat er een contrastmateriaal in de bloedstroom geïnjecteerd is, veranderingen in het bloedvolume van de hersenen teweeg werden gebracht. Deze veranderingen konden gemeten werden met een MRI.

fMRI-scan

Toen de PET-scan werd geïntroduceerd bestond het idee dat vergrootte bloedstroom naar verschillend actieve delen van het brein gedreven werden door de behoefte van het brein voor meer zuurstof. Een toename in de levering van zuurstof veroorloofde meer glucose om gemetaboliseerd te worden, waardoor meer energie beschikbaar kwam om een bepaalde taak uit te kunnen voeren. Hoewel dit idee zeer redelijk klonk was er nog weinig data beschikbaar om dit te verifiëren. Later vond men dat hemoglobine zonder zuurstof zich anders gedroeg in een magnetisch veld dan hemoglobine met zuurstof, omdat hemoglobine zonder zuurstof lichtelijk magnetisch is. Er werd ontdekt dat contrast afhankelijk van het bloed zuurstof niveau (BOLD, blood oxygen level dependent). Hieruit ontstond de fMRI-techniek, functional magnetic resonance imaging. Hierbij wordt geen geïoniseerde radiatie gebruikt en worden lichaamsbeelden gerelateerd aan hersenfunctie. Bovendien is de techniek gevoelig. Het was echter moeilijk om de hersenen van verschillende individuen te vergelijken, aangezien de anatomische locaties niet overeen kwamen.

Voor toegang tot deze pagina kan je inloggen

 

Aansluiten en inloggen

Sluit je aan en word JoHo donateur (vanaf 5 euro per jaar)

 

    Aansluiten en online toegang tot alle webpagina's 

Sluit je aan word JoHo abonnee

 

Als donateur een JoHo abonnement toevoegen

Upgraden met JoHo abonnement (+ 10 euro per jaar)

 

Inloggen

Inloggen als donateur of abonnee

 

Hoe werkt het

Om online toegang te krijgen kun je JoHo donateur worden  en een abonnement afsluiten

Vervolgens ontvang je de link naar je online account en heb je online toegang

Lees hieronder meer over JoHo donateur en abonnee worden

Ben je al JoHo donateur? maar heb je geen toegang? Check hier  

Korte advieswijzer voor de mogelijkheden om je aan te sluiten bij JoHo

JoHo donateur

  • €5,- voor wie JoHo WorldSupporter en Smokey Tours wil steunen - voor wie korting op zijn JoHo abonnement wil - voor wie van de basiskortingen in de JoHo support centers gebruik wil maken of wie op zoek is naar de organisatie achter een vacature - voor wie toegang wil tot de op JoHo WorldSupporter gedeelde samenvattingen en studiehulp

JoHo abonnees

  • €20,- Voor wie online volledig gebruik wil maken van alle JoHo's en boeksamenvattingen voor alle fases van een studie, met toegang tot alle online HBO & WO boeksamenvattingen en andere studiehulp - Voor wie gebruik wil maken van de vacatureservice en bijbehorende keuzehulp & advieswijzers - Voor wie gebruik wil maken van keuzehulp en advies bij werk in het buitenland, lange reizen, vrijwilligerswerk, stages en studie in het buitenland - Voor wie gebruik wil maken van de emigratie- en expatservice

JoHo donateur met doorlopende reisverzekering

  • Sluit je via JoHo een jaarlijks doorlopende verzekering af dan kan je gedurende de looptijd van je verzekering gebruik maken van de voordelen van het JoHo abonnement: hoge kortingen + volledig online toegang + alle extra services. Lees meer

Abonnementen-advieswijzers voor JoHo services:

Abonnementen-advieswijzers voor JoHo services

  • Check hier de advieswijzers voor samenvattingen en stages - vacatures en sollicitaties - reizen en backpacken - vrijwilligerswerk en duurzaamheid - emigratie en lang verblijf in het buitenland - samenwerken met JoHo

Steun JoHo en steun jezelf

 

Sluit je ook aan bij JoHo!

 

 Steun JoHo door donateur te worden

en steun jezelf door ook een abonnement af te sluiten

 

Lees of zoek verder »
Crossroads

 Crossroads

  • Crossroads lead you through the JoHo web of knowledge, inspiration & association
  • Use the crossroads to follow a connected direction

 

Footprint toevoegen
 
   
Hoe werkt een JoHo Chapter?

 JoHo chapters

Dit chapter is gebundeld in:
Eigen aantekeningen maken?

Zichtbaar voor jezelf en bewaren zolang jij wil

Flexibele parttime bijbanen bij JoHo

    Memberservice: Make personal notes

    Ben je JoHo abonnee dan kun je je eigen notities maken, die vervolgens in het notitieveld  worden getoond. Deze notities zijn en blijven alleen zichtbaar voor jouzelf. Je kunt dus aantekeningen maken of bijvoorbeeld je eigen antwoorden geven op vragen