Druk dit artikel af

Beelden van het brein: Waarheid of fictie?

Wat denk je als je media-berichten leest met als titel: “Over 5 jaar scannen we het brein van elke sollicitant”, “neurowetenschappers kunnen gedachten identificeren”, “Hersenscan als leugendetector”? Vele mensen zullen meteen met een gezonde dosis scepsis reageren, maar in al deze gevallen was het persbericht en de bewering in de titel gebaseerd op de mening van geleerde mensen met op zijn minst een doctoraat of zelfs een hoogleraarschap onder de arm. Maar blijkbaar zijn er ook wetenschappers, al even geleerd, met een heel andere mening. De wetenschappelijke en populaire literatuur en online bronnen staan namelijk vol met allerlei kritieken op hersenscans, met een recente boom aan statements zoals onder de titel “Steekje los aan hersenonderzoek: Verband tussen scanresultaten en emoties vaak sterk overdreven.”

Het gaat hier duidelijk om een onderwerp dat veel belangstelling trekt. Sinds een vijftiental jaar komen er in de media regelmatig berichten over de resultaten van technieken die beeldjes en filmpjes laten zien van de hersenen in werking. We kunnen deze technieken samenvatten onder de noemer “functionele beeldvormingstechnieken”, waarbij het woord “functioneel” verwijst naar de fluctuaties in hersenactiviteit over de tijd heen. Vaak gebruikt men de eenvoudiger term ‘hersenscans’. Meestal gaat het hier over een techniek genaamd “functionele magnetische resonantie imaging” of fMRI. Het is niet zo verwonderlijk dat de resultaten van deze technieken ook doorsijpelen tot in de populair-wetenschappelijke of zelfs algemene media. Allereerst gebeurt er nu eenmaal een massa werk in dit domein. Bovendien zien de beeldjes er vaak zeer overtuigend uit. Tot slot behandelen de studies zeer interessante onderwerpen zoals het verband tussen hersen-activiteit en allerlei aspecten van ons innerlijke leven zoals emoties, geheugen, en sociale intelligentie. 

Spijtig genoeg geven deze media-berichten een nogal verwarrend verhaal. Soms spreekt men van revolutionaire ontdekkingen met verregaande gevolgen. In andere gevallen wordt het nut van deze hersenscans in twijfel wordt getrokken op een dusdanige manier dat het lijkt alsof de technieken en de bekomen resultaten geen enkele waarde hebben. Op zijn minst geeft dit alles een weinig positief beeld over dit onderzoeksdomein en wat het bijbrengt aan onze kennis en de maatschappij in zijn geheel: als zelfs experts zo sterk van mening verschillen over de waarde van hersenscan-onderzoek, heeft het dan nog wel zin dat hier tijd en geld in gepompt wordt?  

Een neurowetenschappelijke methode of pseudo-wetenschap? 

Laat me even een ogenblik stilstaan bij de meest gehoorde kritieken om deze vraag te beantwoorden. Een heel aantal kritische bemerkingen worden regelmatig geuit bij de technieken zelf. Een eerste bemerking, en mijn volgorde is nogal arbitrair, is dat de mooie kleurplaatjes die met hersenscans bekomen worden een hele reeks complexe bewerkingen en analyses verbergen die gebruikt werden om tot de mooie plaatjes te komen (zie bv. Shermer, 2008). Dit is waar, maar niet noodzakelijk een probleem. Alle moderne technieken zijn complex in die mate dat weinigen onder ons de volledige werking vatten. Dit geldt zelfs al voor de hardware en software van een alledaagse computer. Het belangrijkste punt is dat de experts in kwestie deze werking wél begrijpen en daar rekening mee houden. Het belang van deze expertise maakt natuurlijk dat er een gevaar is voor manipulatie en bedrog als die wetenschappers hun job niet fatsoenlijk doen, of voor foute en te verregaande conclusies door buitenstaanders die de mogelijks juiste beweringen van de wetenschappers horen of lezen.  

Net zo voor een tweede vaak gehoorde kritiek bij hersenscans, namelijk dat de meest sensationele berichten vaak gebaseerd zijn op de techniek van fMRI, en dat deze techniek geen hersen-activiteit meet, maar veranderingen in de bloedsomloop. We noemen dit toch hersenscans omdat er een verband is tussen allerlei aspecten van de bloedsomloop en hersen-activiteit, maar dit verband is niet perfect. De kritiek is terecht in die zin dat het niet altijd evident is om uit een verandering in bloedsomloop af te leiden wat er in detail gebeurt in termen van hersenactiviteit, maar onterecht in die zin dat het voor vele conclusies niet nodig is om alle kleine details te kennen. Als een fMRI-studie vindt dat het uitvoeren van een wel-gedefinieerd cognitief proces C samenhangt met signaal-veranderingen in één enkele hersen-regio H, en er is geen enkel ander proces dat H activeert, dan is dat sterke evidentie dat de hersenactiviteit in regio H iets te maken heeft met proces C. Hoe dat proces dan juist tot stand komt in regio H is dan weer een heel ander verhaal, en daar kan enkel een combinatie van technieken (vaak ook dieronderzoek) een antwoord op vinden. De ‘als’-en twee zinnen geleden kunnen samengevat worden als de vereisten waar het ideale experiment aan moet voldoen: wetenschappers moeten hun experiment zo in elkaar steken dat cognitieve processen goed gedefinieerd zijn en zuiver gemanipuleerd worden.   

De voorlopige conclusie lijkt te zijn dat er niets mis is met hersenscans als de betrokken wetenschappers hun werk doen: de experimenten goed opzetten en analyseren en voorzichtig interpreteren. Het dient gezegd dat dit niet altijd het geval is, en daar rijst nu meteen het probleem dat aanleiding geeft tot zowel de overdreven grootse conclusies als de meest afwijzende kritieken. Laat me eerst beginnen met de wetenschappelijke literatuur vooraleer over te gaan tot de meer populariserende pers. Ik ga niet ingaan op individuele studies, want in elk onderzoeksdomein zijn er wel uitschuivers, maar op twee algemene pijnpunten. In het kader van hersenscan-onderzoek zijn er momenteel verscheidene discussies lopende over de echtheid en betrouwbaarheid van gepubliceerde data (zie o.a. de referentie van Vul et al., 2009). De kern van het probleem is dat onderzoekers, het zijn ook maar mensen, hun data niet altijd op een volledig objectieve en onafhankelijke manier analyseren, maar meer op een ‘bevestigende’ manier. Een voorbeeld is het uitvoeren van een eerste analyse om een eerste indicatie te krijgen van welk deel in het brein een bepaald proces uitvoert, en dan in volgende analyses enkel naar dit deel van het brein te kijken en er geen rekening mee te houden dat er al een eerste selectie van de data gebeurd is. Dit probleem is zeker belangrijk, maar het dient opgemerkt te worden dat het probleem eigenlijk zelden zo frappant is als het in de kritiek gesteld wordt. De meeste hersenscan-studies in de wetenschappelijke literatuur houden wel rekening met de voorgaande stappen in de analyses, de vraag is eerder of dat in voldoende mate is. Het komt er eigenlijk op neer dat de discussie zich toespitst op de “punten na de komma” (bijvoorbeeld, is een correlatie 0.6 of 0.7 in grootte). Dit lijkt dus vooral een kwestie voor mierenneukers, wat wetenschappers behoren te zijn, eerder dan een kwestie waar buitenstaanders van wakker zouden moeten liggen.  

Het gevaar van omgekeerd redeneren 

Het tweede en veel belangrijker pijnpunt bij hersenscan-onderzoek is wat men vaak “reverse inference” noemt (Poldrack, 2006), een “omgekeerde redenering”. Een simpel voorbeeld legt dit beter uit dan een definitie. Stel, een dokter weet dat er een zeldzame vorm van hersenvliesontsteking bestaat die begint met verhoogde (maar niet uitzonderlijk hoge) koorts. Wil dat zeggen dat die dokter best elke patiënt met koorts meteen doorverwijst naar een spoedafdeling? Nee, natuurlijk niet, zullen jullie zeggen, want een mens kan koorts krijgen van vele vrij onschuldige ziektes die veel frekwenter voorkomen dan deze hersenvliesontsteking. Zeer juist, maar toch is het gedrag van die dokter net wat er in veel hersenscan-onderzoek gebeurt als er conclusies getrokken worden. In allerlei varianten.  

In een eerste variant is de reverse inference gecombineerd met een nogal zwak design zodat een experimentele manipulatie leidt tot mogelijke veranderingen in meerdere processen in het brein. In zulke gevallen lijkt het brein wel een “kerstboom” met verschillen in hersenactiviteit in vele gebieden aangegeven met een kleurschaal gaande van blauw (vermindering in hersenactiviteit) tot rood-geel (verhoging in hersenactiviteit), zoals in de figuur hieronder.  

 Die effecten worden dan ‘verklaard’ door terug te grijpen naar andere studies die ook een effect vonden in sommige van deze hersengebieden met een verwijzing naar de manipulaties die in die andere studies gebruikt werden. Bijvoorbeeld, studie X manipuleerde emoties gaande van blij tot kwaad en vindt activiteit in vier regio’s, onder andere regio H. Studie Y vond ook activiteit in regio H in een manipulatie van werkgeheugen. De activiteit in studie X wordt dan maar geïnterpreteerd in termen van werkgeheugen. In dit voorbeeld heeft de activiteit in regio H de rol van koorts (de observatie) en werkgeheugen de rol van hersenvliesontsteking (de achterliggende oorzaak). Deze conclusie is echter enkel gewettigd als enkel en alleen deze oorzaak tot de observatie kan leiden. En dat is nu net het probleem in hersenscan-onderzoek: hersengebieden zijn meestal betrokken bij meerdere mentale operaties, en het vinden van activiteit in een hersengebied zegt in zulke gevallen even weinig over de betrokken mentale processen als koorts ons zegt over ziekte. Reverse inference zou dus met zeer veel voorzichtigheid moeten gebruikt worden, maar dat gebeurt spijtig genoeg niet altijd. 

Een andere variant van reverse inference ligt aan de basis van de meest in het oog springende krantenkoppen in verband met hersenscans, en dat is de suggestie dat anderen met hersenscans dingen over ons innerlijk kunnen te weten komen die op geen andere manier ontdekt kunnen worden. Gegeven de prijs van hersenscans is dat de enige overtuigende reden om ze te gaan gebruiken als leugendetector of als complement bij job-selectie. In alle studies die als bewijs aangehaald worden wordt simpelweg aangetoond dat een relevante gedrags-index (bv., liegen versus niet-liegen; metingen die predictief zijn voor job-performantie; etc.) redelijk in verband staat met veranderingen in bepaalde hersendelen. Dus men doet een gedragsmanipulatie, en kijkt naar het effect in de hersenen, en daar is niets mis mee. In de krantenkoppen wordt echter het omgekeerde gesuggereerd, en dat is dat vanuit het effect in de hersenen zou kunnen afgeleid worden wat het gedrag is of het gedrag zal zijn, zelfs beter dan eender welke gedragsmaat. En dat is een gedachtesprong die wetenschappelijk helemaal niet te verantwoorden is.  

Recapitulerend naar de voorbeelden in de eerste paragraaf: hersenscans geven ons, wetenschappers, mogelijk een beeld van welke hersenprocessen en hersen-gebieden verantwoordelijk zijn voor job-succes, en dat is belangrijke kennis. Er is echter nog geen evidentie dat ze ons toelaten (of zullen toelaten) om dit job-succes beter te voorspellen dan een goede batterij van gedragstesten en interviews. Ook nog: hersenscans kunnen ons, wetenschappers, helpen een idee te krijgen van hoe gedachten tot stand komen in de hersenen, maar zijn eigenlijk bijzonder zwak om de exacte inhoud van onze gedachten te bepalen in vergelijking met een klassiek interview. En nog: hersenscans laten ons toe om te achterhalen welke hersengebieden betrokken zijn wanneer we liegen in specifieke door een wetenschapper gecreëerde situaties, maar er is geen evidentie dat ze in een rechtzaak enige meerwaarde hebben als leugen-detector bovenop een politie-ondervraging. En tot slot, teruggrijpend naar mijn ballonnetje over neuro-democratie: hersenscans kunnen ons mogelijk veel leren over de omgevingsfactoren en hersenprocessen die ons gedrag in het stemhokje bepalen, maar zijn niet geschikt als indicatie voor ons huidig of toekomstig stemgedrag. 

Hersenscans zijn een fantastische techniek als ze goed gebruikt worden, ze hebben in sterke mate bijgedragen tot onze huidige kennis van het menselijk brein en zullen dat blijven doen. Maar wetenschappers en journalisten moeten duidelijk enkele gevaarlijke valkuilen vermijden bij de communicatie van deze wetenschappelijke gegevens om een verkeerde interpretatie en mogelijk misbruik van deze onmisbare neurowetenschappelijke methode te vermijden. 

Poldrack, R. A. (2006). Can cognitive processes be inferred from neuroimaging data? Trends in Cognitive Sciences, 10, 59-63. 

Shermer, M. (2008). Vijf redenen om hersenscans met een sceptische blik te bekijken. Psyche & Brein, December-nummer, 91-95.