15. November 2011, 21:59

Een gebruikelijke benadering om de werking van ons brein te doorgronden is het te bestuderen in eenvoudige omstandigheden en vandaaruit te extrapoleren naar de meer complexe werkelijkheid. Deze methode wordt ook bij de analyse van andere systemen gebruikt. Ingenieurs, bijvoorbeeld, weten dat men veel te weten kan komen over de eigenschappen van een complex niet-lineair systeem door de eigenschappen van dit systeem te doorgronden in kleine deelsituaties waarin dit systeem zich lineair en dus ‘eenvoudig’ gedraagt.
 
Kinderen ondergaan dit proces op de schoolbanken, onder andere om te leren rekenen. Rekenen, en wiskunde in zijn geheel, is zo complex dat alleen de briljantste geesten in staat zijn om het helemaal (?) te doorgronden. Maar zelfs deze genieën zijn begonnen met het begin, en dat is: één plus één is gelijk aan twee. Niet drie, niet vier, nee, twee. En aanvankelijk leren we dit zelfs niet met abstracte getallen, maar voor heel concrete zaken: één hapje spaghetti en dan nog een hapje spaghetti, dat geeft twee hapjes spaghetti. Of nog: één vinger en dan nog één vinger, dan heb ik twee vingers. Doe ik terug een vinger weg, dan heb ik er terug één. Wonderbaarlijk in al zijn eenvoud. Laat ons ditzelfde fenomeen eens bestuderen op het niveau van ons brein. Het getallenstelsel, hoe complex het ook moge zijn, houdt zich aan een eenvoudige wetmatigheid dat één plus één gelijk is aan twee. Doet ons brein dit ook? Als ons brein één vinger te zien krijgt, en dan nog één vinger, ziet het dan twee vingers? Niet altijd.  
 
Het geheel is anders dan de som van de delen 
Vaak lijkt onze visuele waarneming af te wijken van zo'n eenvoudig optelgedrag. Een mooi voorbeeld komt uit het werk van gestaltpsycholoog James Pomerantz. Stel dat u de vier gebogen lijntjes neemt in het linker paneel hieronder. Hierbij is één lijntje gespiegeld in vergelijking met de andere lijntjes. Dan doet u er de vier gebogen lijntjes bij van het middelste paneel. Deze nieuwe lijntjes zijn allemaal hetzelfde. Dan krijgen we de situatie in het rechter paneel. Deze situatie zouden we kunnen omschrijven als 8 gebogen lijntjes waarvan één lijntje gespiegeld is in vergelijking met de andere. Dit is een eenvoudige optelsom. De kans is echter groot dat velen onder u hier eerder naar zullen verwijzen als 4 groepjes van 2 lijntjes, waarbij één groepje er anders uitziet als de andere drie groepjes (als “gesloten haakjes”). Bij deze beschrijving zijn we afgeweken van de optelsom, want we beschrijven het geheel van de acht lijntjes helemaal anders dan de twee afzonderlijke sets van 4 lijntjes.

   

Een gelijkaardig fenomeen doet zich voor bij de onderstaande stimuli. In het linker paneel hebben we weer vier lijntjes, waarbij er ééntje anders gedraaid is dan de andere. Daarbij doen we de 4 identieke hoeken uit het middelste paneel bij, en dan krijgen we de situatie in het rechter paneel. Hoevelen onder u zouden dit beschrijven als een collectie van lijntjes en hoeken, waarbij één van de lijnen anders staat? Weinigen, vermoed ik. Een veel evidentere beschrijving is als 3 pijlen en één driehoek.

James Pomerantz heeft een paradigma ontwikkeld om zulke afwijkingen van een optelling te meten. Hij toonde mensen de stimuli uit de linker- en rechterpanelen en hij bepaalde hoe snel en hoe accuraat mensen konden rapporteren in welk kwadrant de afwijkende stimulus staat. In de getoonde voorbeelden is het juiste antwoord altijd ‘rechtsonderaan’. In een systeem dat zich eenvoudig gedraagt en de stimuli uit het rechter paneel verwerkt als een optelsom van de andere panelen, verwachten we dat deze taak voor het rechterpaneel even traag of zelfs trager uitgevoerd wordt als voor het linker paneel. Dit simpelweg omdat de irrelevante informatie uit het middelste paneel toegevoegd werd (irrelevant omdat het voor elk van de 4 kwadranten hetzelfde is en dus niets bijdraagt). Echter, in sommige situaties, waaronder de situaties in de twee bovenstaande figuren, wordt de gecombineerde stimulus uit het rechterpaneel helemaal anders verwerkt dan een eenvoudige optelsom zodat mensen veel sneller en beter zijn in het bepalen van waar de afwijkende stimulus staat.
 
Dit fenomeen wordt het configurationeel superioriteitseffect genoemd: betere performantie met complexere configuraties. Het is een mooi voorbeeld van een Gestalt: een geheel dat anders is dan een eenvoudige som van zijn delen. Een cruciale vraag is nu wat er gebeurt in ons brein zodat het afwijkt van een optelsom. Deze vraag werd in onze onderzoeksgroep recent onderzocht door doctorandus Jonas Kubilius onder leiding van mezelf en collega Johan Wagemans.

Foute sommen in het brein 
In ons onderzoek vertrokken we van de hypothese dat de afwijking van een simpele optelsom te wijten zou kunnen zijn aan de graduele, van simpel naar complexe verwerking van visuele vormen in het visuele deel van het brein - hier wordt naar verwezen als een verwerking “van-beneden-naar-boven” (bottom-up). Deze verwerking wordt in artificiële modellen (“neurale netwerken”) op computers nagemaakt door een hiërarchische opeenvolging van berekeningsstappen. Hierbij verwerken gesimuleerde hersencelletjes de input die ze krijgen van cellen in vorige stappen en op basis daarvan geven ze een output. Interessant is hierbij dat sommige cellen output geven die geen eenvoudige optelsom is van hun input, maar een niet-lineaire operatie zoals de ‘max’-operatie: de output is gelijk aan het maximum van de input. 

Een schematische voorstelling van een neuraal netwerk: 

 

 

We voerden een hersenscan-studie uit om deze “van-beneden-naar-boven” hypothese te toetsen. De deelnemers namen plaats in een MRI-scanner, en voerden de hierboven beschreven taak uit met de pijltjes en de driehoek (rechter-paneel in bovenstaande figuur), of met de lijntjes (linker paneel). Op de bekomen hersenscan-data voerden we dan een gelijkaardige analyse uit als wat de deelnemers te doen kregen op gedragsniveau: we namen de activatie in bepaalde hersengebieden en probeerden uit deze activatie af te leiden waar de afwijkende stimulus stond.

We vonden dat gebieden die laag staan in de “van-beneden-naar-boven”-hiërarchie de stimuli verwerken op een manier die overeenkomt met een eenvoudige optelling van lijnen. Op basis van de activatie in deze gebieden was het zeker niet gemakkelijker, eerder moeilijker, om de driehoek te vinden tussen de pijlen dan om de lijn met een afwijkende oriëntatie te vinden. Daarentegen vonden we dat gebieden die hoog staan in de “van-beneden-naar-boven” hiërarchie de stimuli op een meer ‘configurationele’ manier verwerken en afwijken van een eenvoudige optelsom. Op basis van de activatie in deze gebieden was het veel eenvoudiger om de driehoek te vinden tussen de pijlen dan de lijn met de afwijkende oriëntatie.

Ons brein doorloopt dus meerdere stappen om visuele stimuli te verwerken, en doorheen deze stappen ontstaat het fenomeen dat de binnenkomende informatie niet langer als een optelsom van vele kleine stukjes gezien wordt maar als een geheel of Gestalt. Hierdoor is één plus één niet langer twee. Voor we in koor een meewarig “Ils sont fous, ces Neurones” uitbrengen, is het belangrijk om er op te wijzen dat dit fenomeen dat we hier met een vrij artificiële stimulusset hebben blootgelegd, cruciaal is voor sommige van de meest verbazingwekkende visuele talenten van onze soort. Ik denk hierbij in het bijzonder aan gezichtsherkenning; en een illustratie van “het geheel is anders dan de som van de delen” werd daarvoor eerder al gegeven met de blogpost over de gezichtsillusie van Bart De Wever en Elio Di Rupo. De meerwaarde van het snel kunnen vinden van een driehoek tussen pijltjes is misschien niet meteen evident, maar gelijkaardige processen zorgen ervoor dat je op niet te vermijden kerst- en nieuwjaarsrecepties erin slaagt om die mensen te vinden waarmee je graag omgaat en om die mensen te ontwijken die je liever vermijdt. We mogen dus blij zijn dat ons brein soms doet alsof het niet kan optellen. 

Referenties

Kubilius, J., Wagemans, J., & Op de Beeck, H. P. (in press). Emergence of perceptual Gestalts in the human visual cortex: The case of the configural superiority effect. Psychological Science.

Pomerantz, J. R. (2003). Wholes, holes, and basic features in vision. Trends in Cognitive Sciences, 7, 471-473.

Geschreven in Algemeen | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

07. September 2011, 22:39

Stel dat je bij een autohandelaar langs gaat op zoek naar een tweedehands wagen. De verkoper spreekt in lovende bewoordingen over één van de wagens, en die ziet er inderdaad best goed uit. Je stelt voor er een proefrit mee te maken. Je start de auto. De wagen rijdt goed, en de motor reageert vlotjes op het indrukken van het gaspedaal. Het valt echter meteen op dat de motor niet gelijkmatig loopt. Het toerental lijkt steeds op en neer te gaan, en er zijn allerlei andere geluiden en gesputter te horen. De kans lijkt me klein dat je de wagen alsnog zou kopen, niet?

En toch is dit zo een beetje hoe ons brein lijkt te werken. De analogie met een sputterende motor werd vorige week gebruikt door A. Kleinschmidt van Parijs tijdens een symposium over spontane fluctuaties in hersenactiviteit. Uit recent onderzoek blijkt namelijk dat hersenactiviteit continu verandert, zelfs al is het brein in rusttoestand (Engels: "resting state"). Meer nog, deze spontane fluctuaties zijn belangrijk voor het functioneren van de hersenen. Dat valt enigszins te verwachten gegeven hun aanwezigheid: uiteindelijk zijn onze hersenen het product van een proces van selectie van miljoenen jaren, genoeg tijd om zulke fluctuaties weg te werken als ze meer kwaad dan goed zouden doen.

Spontane fluctuaties en onze mentale gezondheid

Laten we eens naar de evidentie kijken uit de neurowetenschappen. In het laatste decennia is er veel onderzoek gebeurt met resting-state hersenscans. Hierbij wordt een scan genomen terwijl mensen zich in een wakkere rusttoestand bevinden. Uit dit onderzoek blijkt dat ook in zulk een toestand van rust allerlei hersenactiviteit te meten valt, en dat deze activiteit in een aantal gebieden, waaronder het "default netwerk", op een coherente manier op en neer gaat. Eén mogelijke functie van deze oscillaties is het behouden van de verbindingen tussen de betrokken hersengebieden.

De fluctuaties werden pas in het laatste decennium onderzocht en bleven lang verborgen, net omdat gebeurtenis-gerelateerde activiteit veel gemakkelijker te meten valt en daardoor ook meer opvalt en sterker/belangrijker lijkt. Maar de spontane fluctuaties en resting-state oscillaties zijn mogelijk erg belangrijk. Bijvoorbeeld, verschillen tussen mensen in deze spontane fluctuaties worden de laatste jaren aan steeds meer aspecten van ons mentale leven gekoppeld, en specifieke veranderingen in deze fluctuaties komen voor bij o.a. depressie (en de mogelijke respons op medicatie), schizofrenie, ADHD, en autisme. Enkele titels van publicaties die ik u niet wil onthouden: "Functional disintegration in paranoid schizophrenia using resting-state fMRI" en "A shift to randomness of brain oscillations in people with autism".

Spontane fluctuaties en onze reactie op externe stimulatie

Een gevolg van deze spontane fluctuaties is dat ons brein zich niet in een constante toestand bevindt. We mogen dan ook verwachten dat de respons van dit brein op een externe stimulus zal afhangen van de toestand waarin dit brein zich bevindt op het moment van stimulatie. Dit werd mooi geïllustreerd door een studie door de groep van Kleinschmidt. De deelnemers werden gescand terwijl een ambigue stimulus getoond werd die op twee manieren kon gezien worden: als een vaas in het witte vlak in de stimulus (zwart wordt dan achtergrond) of als 2 gezichten in het zwarte vlak (zie hieronder).

De hersenactiviteit werd gemeten in het meest gekende hersengebied dat sterk geactiveerd wordt bij het zien van gezichten, de "fusiforme face area" (FFA). En wat bleek? Als de spontane fluctuaties in activiteit ervoor zorgden dat de activiteit in deze FFA relatief hoog was vlak voor de ambigue stimulus getoond werd, dan werd deze stimulus meer als een gezicht gezien. Of iemand in deze stimulus een vaas ziet of twee gezichten hangt dus af van de spontaan fluctuerende variatie in activiteit in gebieden zoals de FFA. De getoonde stimulus is in beide situaties hetzelfde, het verschil zit hem in de toestand waarin de hersenen zich bevonden vlak voor de stimulus getoond werd.

Andere studies toonden onder andere aan dat onze reactiesnelheid op externe stimulatie afhangt van de toestand van deze spontane fluctuaties. De data suggereren dat de intrinsieke hersenactiviteit en fluctuaties gerelateerd zijn aan processen als selectieve aandacht (waar let ik op en hoe sterk doe ik dat?) en cognitieve controle (waarop let ik en wat negeer ik?). Als u zich op de rijbaan begeeft met uw auto en een sms krijgt op uw gsm net op het ogenblik dat de auto vóór u remt, dan hoop ik voor u dat de spontane fluctuaties in uw brein zich in de optimale toestand bevinden om snel het rempedaal in te drukken.

Spontane fluctuaties en de toekomst van België …

Samengevat hebben de spontane fluctuaties in hersenactiviteit gevolgen voor de werking van onze hersenen en de resulterende mentale processen zoals visuele waarneming. En blijkbaar is het zelfs één van de redenen waarom we één en dezelfde stimulus of situatie op verschillende manieren kunnen interpreteren. Sommigen onder jullie zullen dit misschien al snel relateren aan creativiteit, en onderzoek heeft inderdaad al gesuggereerd dat creatieve en minder creatieve denkers verschillen in resting-state activiteit. Bovendien hangt de oplossing die we vinden voor een probleem af van de staat waarin deze activiteit zich bevindt.

Om af te sluiten wens ik België dan ook zeer sterke spontane fluctuaties toe in het brein van Elio Di Rupo zodat hij met een creatieve oplossing kan komen voor de huidige crisis in de Vlaams-Waalse verhoudingen …

Referenties

Kounios et al. (2008). The origins of insight in resting-state brain activity. Neuropsychologia, 46, 281-291.

Lai et al. (2010). A shift to randomness of brain oscillations in people with autism. Biological Psychiatry, 68, 1092-9.

Raichle et al. (2001). A default mode of brain function. PNAS, 98, 676-682.

Zhou et al. (2007). Functional disintegration in paranoid schizophrenia using resting-state fMRI. Schizophrenia Research, 97, 194-205.

Geschreven in Algemeen | 1 Reacties | Vaste link | Afdrukken

08. Juli 2011, 22:49

Wetenschap wordt bedreven door mensen. Dit leidt er onvermijdelijk toe dat de mindere kantjes van de mens ook doorsijpelen in de uitkomst van deze wetenschap. Eén van deze mindere kantjes is dat mensen (of beter: hun hersenen) erg goed zijn in het bedriegen van zichzelf. In voorbije blogs zijn hier zo al wel een aantal voorbeelden de revue gepasseerd. En als dat bij een wetenschapper gebeurt, tja, dan heeft dat gevolgen voor de wetenschappelijke resultaten en de interpretatie er van.

De zaak Gould versus Morton 

Deze maand werd in PLoS:Biology, een vooraanstaand open-access tijdschrift, een zeer intrigerend voorbeeld gepubliceerd door Lewis en collega’s. Eén van de meest vooraanstaande wetenschappers die ten strijde trok om zelfbedrog in de wetenschap te illustreren, was Stephen Jay Gould. Onder meer in zijn bestseller The Mismeasure of Man legde hij enkele tientallen jaren geleden een aantal mechanismen van zelfbegoochelingen (‘fallacies’) bloot. In dit boek ging hij vooral in op de volgens hem niet-verantwoorde neiging van wetenschappers om abstracte begrippen zoals intelligentie in meetbare schalen te gieten zodat mensen en rassen gerangschikt kunnen worden als zijnde meer of minder dan een ander.

Eén voorbeeld dat de revue passeerde in dit werk van Gould was een studie van Samuel Morton waarin die laatste de grootte van menselijke schedels vergeleek tussen mensen van verschillende afkomst. Morton had op basis van zijn metingen geconcludeerd dat er wel degelijk verschillen zijn tussen rassen en afkomst. Gould argumenteerde dat Morton dit onderzoek deed met de voorafgaande bedoeling van de hypothese te bevestigen dat zulke verschillen inderdaad bestaan, en dat dit Morton er toe bracht om bepaalde keuzes te maken die de kans op het vinden van zulk verschil vergrootte.

De beschuldiging was niet zozeer dat Morton dit bewust en met opzet zou gedaan hebben, maar wel dat zijn vooringenomenheid in de weg was komen te staan van een écht objectieve werkwijze bij het verzamelen en analyseren van zijn gegevens. Gould deed een heranalyse van Morton’s schedelmetingen, en kwam tot de conclusie dat de data eigenlijk geen evidentie opleveren voor de hypothese dat rassen verschillen in de grootte van hun schedel.

Het recente artikel in PLoS:Biology toont nu echter aan dat het misschien eerder Gould was die vooringenomen was, in zijn geval tégen de genoemde hypothese, en die deze vooringenomenheid liet meespelen bij het maken van bepaalde keuzes om bijvoorbeeld bepaalde groepen samen te nemen of niet. Terug naar af dus, of, in dit geval, terug naar Morton. Morton, die door het werk van Gould decennia-lang scheef bekeken werd als een ondermaatse empirische wetenschapper, wordt helemaal in ere gesteld. En Gould is in deze zo een beetje als een conservatieve moraalridder of priester die betrapt wordt op een slippertje.

Is het verhaal hier ten einde? Wie zal het zeggen. Misschien zijn de auteurs van het PLoS:Biology artikel ook wel vooringenomen. Waarschijnlijk ligt de waarheid in het midden, en is er bijvoorbeeld een verschil tussen rassen in schedelgrootte dat zo klein is dat het moeilijk te detecteren valt. In ieder geval is het veel kleiner dan de verschillen in schedelgrootte tussen mensen van eenzelfde ras (de variatie binnen rassen is inderdaad erg groot), en zijn er andere factoren met een veel grotere invloed, zoals klimaatsfactoren.

Maar dit hele voorval moet ons allen, wetenschappers even goed als niet-wetenschappers, toch wel doen nadenken over hoe wetenschap werkt en over hoe we behoren om te gaan met de verkregen resultaten en interpretaties. Ik ben geen specialist in het meten van schedels en het indelen van mensen in rassen, en het zal zeker niet evident zijn, maar al bij al lijkt dat mij toch wel een eenvoudigere zaak dan pakweg het in verband brengen van menselijke activiteit en een opwarming van de aarde. Zodra zo'n opwarming (of een verschil in schedelgrootte) zeer groot is, zal het eenvoudig zijn om conclusies te trekken en zullen de neuzen van wetenschappers allemaal in dezelfde richting wijzen. Maar de nieuwe onwenteling in de controversie tussen Morton en Gould toont aan dat het bij een kleine effectgrootte zeer moeilijk wordt om uit te sluiten dat de achtergrond en overtuigingen van een wetenschapper een invloed gaan hebben op zijn resultaten die hij krijgt, en, meer nog, op de conclusies die hij trekt.

Zelfbedrog: een noodzakelijk kwaad?

Kunnen we dit probleem voorkomen? Moeilijk. Het is onvermijdelijk dat er tijdens empirisch werk beslissingen moeten genomen worden, en het is net dan dat de achtergrond en overtuigingen van de wetenschapper in kwestie de doorslag geven. Bijvoorbeeld, data die niet passen bij de overtuiging, worden aan extra controle onderworpen, data die mooi uitkomen minder.

De remedie tegen dit probleem lijkt duidelijk: strikte regels en procedures. Maar empirisch werk bevat per definitie een element van verrassing (de meest interessante experimenten zijn die met onverwachte resultaten!), en het is bijna onvermijdelijk dat er zich situaties voordoen die niet helemaal gedekt worden door de bestaande regels en procedures. Zodra een procedure helemaal geperfectioneerd en uitgeschreven is, een “standard operating procedure” zo je wil, is de kans hierop al heel wat minder, maar bij echt innovatief onderzoek is zo’n SOP vaak niet beschikbaar.

En zelfs als dit probleem volledig kan uitgesloten worden bij het verkrijgen en analyseren van data, dan is er nog het moment waarop de data moeten gepubliceerd worden. Zou het verwonderlijk zijn als wetenschappers het meeste aandacht geven aan de data die het beste bij  hun overtuiging passen, die dan ook in de meest invloedrijke tijdschriften proberen te publiceren, waardoor net die data het meest door collega’s worden opgepikt? Dit is een subtiele variant van de alom gekende bias om positieve resultaten te publiceren en negatieve resultaten (zogeheten ‘nul-effecten’) niet, maar de subtiliteit van de bias maakt het zo mogelijk nog meer verradelijk.

 

Een sluitende oplossing is er dus niet voor dit probleem. Het woord ‘onvermijdelijk’ uit de tweede zin van deze tekst is dan ook letterlijk te nemen. Wil dat zeggen dat wetenschap helemaal niet te vertrouwen is? Helemaal niet. Het wil wel zeggen dat er in complexe materies waarbij vele variabelen betrokken zijn, en waarin effecten relatief klein of moeilijk te meten zijn, subjectieve factoren zijn die mee in het spel zijn en die kunnen verklaren waarom verschillende experts met een verschillende achtergrond tot tegenstrijdige maar toch met overtuiging gebrachte conclusies kunnen komen over hetzelfde fenomeen. Het afwijzen van de wetenschappelijke methode zou ons echter nog verder weg van de waarheid brengen. Het is in zulke gevallen aan de wetenschap om de vele variabelen beter in kaart te brengen, en de effecten beter te meten. Maar het is alleszins belangrijk dat alle betrokkenen zich bewust zijn van het gevaar van zelfbedrog in de wetenschap. En het overbrengen van die boodschap is in het artikel in PLoS:Biology meer dan geslaagd.

Dus: maak gebruik van het voordeel van open access, en lees die handel!

Lewis JE, DeGusta D, Meyer MR, Monge JM, Mann AE, et al. (2011) The Mismeasure of Science: Stephen Jay Gould versus Samuel George Morton on Skulls and Bias. PLoS Biol 9(6): e1001071. (http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1001071) 

Geschreven in Algemeen | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

14. Februari 2011, 18:20

Hoe betrouwbaar is onze inschatting van de verschillen en gelijkenissen tussen politici, zoals Bart De Wever, Elio Di Rupo, en Geert Wilders? Niet zo goed, zo blijkt, zelfs niet voor elementen die we met onze eigen ogen kunnen zien.

Laat me beginnen bij België. De toekomst van België lijkt af te hangen van de (on)macht van Bart De Wever en Elio Di Rupo om tot een compromis te komen. Al maanden benadrukken politici en journalisten de grote afstand tussen de standpunten van De Wever en Di Rupo, de metershoge muren die gesloopt moeten worden, en de diepte van het water dat hen scheidt. Consistent komen leden van de twee taalgroepen tot verschillende conclusies over wie gelijk heeft en over wat hoort en wat niet hoort (ik heb net de RTBF-uitzending over de begrafenis van Marie-Rose Morel gezien als ik dit schrijf). Dit zijn allemaal nogal complexe discussies, en ze gaan grotendeels het petje van de gemiddelde burger te boven. Een diploma in zowel rechten als economie lijkt wel onontbeerlijk om nog mee te kunnen. Deze diploma’s heb ik niet, maar zou ik toch als leek even mogen suggereren dat we de verschillen misschien een ietsie pietsie uitvergroten? Misschien verbeelden we het ons dat de verschillen tussen Vlamingen en Walen zo groot zijn?

De illusie: Het zien van verschillen die er niet zijn     

Waarschijnlijk gaat u me niet geloven, dus laat ik een zeer concreet voorbeeld geven dat dit punt zo duidelijk aantoont dat geen jurist het nog kan tegenspreken. Neem even de tijd om naar de onderstaande foto’s van de twee genoemde heren te kijken.

     

 

Mag ik aannemen dat de meesten onder jullie in beide foto’s meteen Di Rupo (links) en De Wever (rechts) herkenden? Gegeven dat alle lezers van deze website natuurlijk erg kritische geesten zijn, hebben velen onder u vrij snel opgemerkt dat er toch iets mankeert aan de twee foto’s. Inderdaad, ik heb alle delen van de twee gezichten met elkaar vermengd en die mengvorm terug in de twee foto’s geplakt op een weinig gesofistikeerde manier (de randen van mijn knip en plak werk zijn dus nog goed zichtbaar). Beide heren hebben daardoor hetzelfde gelaat: identieke ogen, een identieke neus, en een identieke mond. Als je zeer aandachtig naar deze details kijkt, dan zie je het. Maar als je gewoon naar het gezicht als geheel kijkt, dan zie je dit niet langer en dan lijken het twee verschillende gezichten. Een mooi voorbeeld van hoe ons brein verschillen kan creëren die er niet eens zijn. En dit is geen politiek, geen economie, geen kwestie van ingewikkelde bevoegdheidsoverdrachten of financieringswetten. Nee, het is onze directe visuele waarneming.   

Heeft dit te maken met onze niet-visuele ervaringen met deze mannen? Zou het kunnen dat onze visuele waarneming hier beïnvloed wordt door hogere redeneringen in ons brein? Zo van: deze mannen zijn in alles zo verschillend, laten we ze dan ook als verschillend percipiëren in termen van hun gelaat? Voor zulke complexe processen is in dit geval geen evidentie. Laat ik dit weerom visueel aantonen met een nieuwe figuur: 

    

 

Hier heb ik hetzelfde spelletje gespeeld met Geert Wilders (links) en Bart De Wever (rechts). Weerom twee verschillende foto’s, weerom twee gezichten die er bij een snelle blik als verschillend uitzien, maar die bij nader inzicht exact dezelfde ogen, neus, en mond bevatten. In dit geval zijn er geen hogere processen te identificeren die ons zouden verleiden tot het uitvergroten van de verschillen tussen de twee gezichten op basis van de grote politieke verschillen. Als ik al iets van vergelijkingen tussen Wilders en De Wever ben tegengekomen in de media, dan waren het eerder pogingen om gelijkenissen tussen beide heren te vinden.

De oorzaak van de illusies: Het brein houdt niet van eenvoudige sommen     

Deze visuele illusies hebben dus niets te maken met de politieke standpunten waar al deze heren voor staan, noch met onze persoonlijke houding ten opzichte van deze standpunten. Integendeel, de illusies vinden hun oorsprong in hoe onze visuele waarneming werkt, los van politiek. Hoe ontstaat deze illusie dan? Ik heb voor het creëren van deze afbeeldingen de mosterd gehaald bij Pawan Sinha van het Massachusetts Institute of Technology, die vijftien jaar geleden al hetzelfde deed met foto’s van Bill Clinton en Al Gore. Illusies als deze illustreren het grote belang van context bij visuele waarneming in het algemeen, en bij gezichtsherkenning in het bijzonder. We verwerken gezichten niet als een som van een gezichtsomtrek, 2 ogen, een neus, en een mond. Integendeel, gezichten worden als een geheel verwerkt, en de verwerking van elk van deze delen wordt beïnvloed door de aanwezigheid van de andere delen. Het is een mooi voorbeeld van een oud adagio uit de waarnemingspsychologie “Het geheel is anders dan de som van de delen”. Eén plus één is niet noodzakelijk gelijk aan twee ... 

Een recente hersenscan-studie door een groep in Israël onder leiding van Galit Yovel bestudeerde de interactie in het brein tussen de verwerking van gelaatskenmerken en meer externe eigenschappen van gezichten. In het geval van deze studie ging het over de toevoeging van een bril aan een gezicht. De studie onderzocht de hersenactiviteit in een klein gebied van de hersenen waarvan geweten is dat het veel sterker reageert op het zien van gezichten dan het zien van andere vormen: de “Fusiform Face Area” of FFA. Het wijzigen van de bril op één en hetzelfde gezicht bleek voldoende om de FFA de twee stimuli als een verschillend gezicht te laten beschouwen. Wat er in dit hersengebied gebeurt, komt dus overeen met onze waarneming in het geval van de Di Rupo/De Wever- en Wilders/De Wever-illusies.

Het sterke effect van context op de activiteit van dit FFA gebied wordt ook treffend geïllustreerd door een eerdere studie van Cox en collega's. In deze studie toonden ze verschillende stimuli aan personen die in een hersenscanner lagen: een bal, een torso, en een bal bovenop een torso. De FFA reageerde weinig op de bal of de torso, maar des te meer reactie was er op de bal bovenop de torso (zie figuur hieronder voor een illustratie van zo'n figuur; merk de gelijkenis met werk van René Magritte). De reactie op de twee stimuli samen was dus meer dan de som van de reacties op elke stimulus apart. De bal wordt door de FFA alleen als een hoofd verwerkt als die bal bovenop een torso gezet wordt, wat weeral een illustratie is van het sterke effect van context op gezichtsperceptie.

      

Take-home message 

Het interessante aan visuele illusies is dat het moeilijk blijft om ze te vermijden, ook al weten we dat het illusies zijn, en ook al weten we waar ze ontstaan in ons brein. Jazeker, als we goed letten op de details in de bovenstaande foto’s dan zien we dat beide gezichten hetzelfde gelaat hebben. Maar dat neemt niet weg dat de twee gezichten en hun gelaat er terug erg verschillend gaan uitzien als onze aandacht even verslapt. Ik kan jullie verzekeren dat onze oordelen over veel complexere zaken, zoals het gelijk of ongelijk van politici, evenzeer onderhevig zijn aan illusies. Die cognitieve, politieke en sociale illusies zijn niet op een even directe manier aan te tonen als visuele illusies, en we kunnen ze dus gemakkelijker blijven ontkennen. Maar ze zijn er! Het zou onze politici, onze journalisten, en onszelf ten goede komen als we af en toe wat voorzichtiger zouden zijn in onze oordelen en er de relativiteit en context-afhankelijkheid van zouden erkennen. Mind your illusions!     

Referenties

Axelrod, V., & Yovel, G. (in press). Non preferred stimuli modify the representation of faces in the FFA. Journal of Cognitive Neuroscience.

Cox, D., Meyers, E. and Sinha, P. (2004). Contextually evoked object-specific responses in human visual cortex. Science, 303, 115-117.

Sinha, P., & Poggio, T. (1996). I think I know that face. Nature, 384, 404.  

Geschreven in Algemeen | 1 Reacties | Vaste link | Afdrukken

06. Oktober 2010, 10:50

Ik ben soms asociaal. Tijdens een eerste contact zou je het nochtans niet zeggen. Ik ben goed opgevoed, dus altijd vriendelijk tegen onbekenden, en een goede babbel kan er ook altijd af. Maar als je mij als nieuwe kennis de dag na zulk een babbel terug tegenkomt, dan zou het kunnen dat ik doe alsof ik je niet herken. Althans, de kans is groot dat je het zo gaat interpreteren, als een doen alsof. Het probleem is echter dat ik je écht niet herken.

 

Zeg nu zelf, dat is toch asociaal, niet? Heb je daar een hele tijd met mij staan praten, en een dag of week later kan er nog geen blijk van herkenning af. Tja, daar knapt een mens op af. Dan dacht je al eens een sympathieke prof ontmoet te hebben, en dan krijg je zoiets.

 

Pathologisch is het gelukkig niet. Ik herken mijn vrouw en familie, mijn naaste collega’s, vrienden, ook verdere kennissen en sporadische contacten als ik ze voldoende keren heb gezien. Maar in mijn brein lijkt het opbouwen van de fotoboek van mij bekende mensen toch nogal traag te verlopen. De foto’s gaan blijkbaar meestal verloren, en ik moet er vele nemen vooraleer er eindelijk ééntje blijft ‘plakken’.

 

Ik zou een dik boek kunnen schrijven over al de ongelukkige situaties die het gevolg zijn van deze eigenschap van mijn brein. Enerzijds zijn er situaties waarbij ik iemand aanspreek die ik denk te herkennen maar die dan toch iemand anders blijkt te zijn. Anderzijds is er het nog veel meer voorkomende voorval van mensen die mij aanspreken in de veronderstelling dat ik hen meteen herken en die ik dan aan het lijntje moet houden totdat ik er via wat koetjes-en-kalfjes-praat achter kom met wie ik nu eigenlijk sta te praten.

 

Wat doe je hier mee?

Echt handig is dit niet voor de meeste jobs. Als ikzelf op een wetenschappelijk congres ben met duizenden collega’s, tja, dan kost het me heel wat inspanningen om te bereiken wat sommige mensen automatisch kunnen, zoals het eruit pikken van een collega waar ik enkele maanden ervoor een kwartiertje mee gepraat heb. Maar goed, congressen zijn vooral een manier om mijn wetenschappelijk werk kenbaar te maken - het wetenschappelijk werk zelf gebeurt met een relatief kleine schare van enkele tientallen collega’s en daarmee heb ik als niet-pathologische gevalsstudie geen enkel probleem.  

Het leidt echter geen twijfel dat er heel wat beroepen zijn waarvoor een beperkt gezichtsherkennings-vermogen een echte handicap is, en sterk bepalend voor succes. De meest voor de hand liggende voorbeelden van pakweg een sales manager en een politicus laat ik even voor wat ze zijn, en ik neem het voorbeeld van een huisarts. Zelf zou ik een slechte huisarts zijn. Ik zou bij god niet weten wie er mijn kabinet binnen stapt tot ze zelf hun naam zeggen – of de patiënt in kwestie zou al op zijn minst een aantal keren moeten langs geweest zijn. Zeg nu zelf, dat is niet bevorderlijk voor een vertrouwensrelatie. Ik heb zelf de beste herinneringen aan een huisarts die al zijn patiënten perfect herkende, ook buiten de context van zijn kabinet (op straat, op de markt, etc.), en meteen ook alle informatie onthield over hun leven. Na een verhuizing was ik meerdere jaren niet meer bij die man geweest, en tijdens een vakantie kwam ik er nog eens langs, zonder voorafgaande afspraak, en die man herkende me meteen. Ongelofelijk, toch voor iemand als ik!

Ik zou dus geen goede huisarts zijn. Een café of krantenwinkel kan ik best ook niet gaan opstarten als ik ooit tijdens een midlife crisis genoeg krijg van mijn gevarieerde leven aan de universiteit. Geef mij dan maar pakweg de job van chirurg. Alle patiënten hebben hun bed en kamer, met een naamplaatje er bij, en geen kans op vergissing. Perfect voor iemand als ik. En dan best nog een chirurg van “gevoelige locaties”, zoals pakweg de prostaat of sterilisaties, dan is de kans ook klein dat de patiënten mij op straat erover aanspreken.

 

Hoe uitzonderlijk is dit nu? In de wetenschappelijke literatuur is al langer bekend dat sommige mensen zeer slecht zijn in het herkennen van gezichten. Er is zelfs een naam voor dit syndroom, prosopagnosie of gezichtsblindheid. Maar dat heb ik gelukkig niet. Want mensen met echte prosopagnosie herkennen zelfs vaak hun eigen vrouw en kinderen niet. Vraag hen niet om hun eigen kind op te halen aan de kinderopvang, want dat is een ramp. Kunt u het zich in dit post-Dutroux tijdperk al voorstellen dat een man aan de ingang vraagt: “Kunt u me vertellen waar mijn zoontje Pietje Jansen is, want ik herken hem zelf niet?”. Sommige mensen worden geboren met prosopagnosie, maar het kan ook het gevolg zijn van hersenletsels.

 

In de laatste jaren is men echter ook gaan beseffen dat er naast deze extreme gevallen van prosopagnosie ook een hele variatie is tussen ‘gewone’ mensen in hoe goed ze gezichten kunnen herkennen. De huisarts waarvan sprake zit in het betere deel van deze verdeling, ik in het mindere deel. Maar waarom zijn sommige mensen goed en andere mensen slecht in het herkennen van gezichten? Wie of wat is de schuldige voor mijn armzalige prestaties op dit vlak?
 

De oorzaak 

Dankzij twee recente wetenschappelijke publicaties in zeer vooraanstaande tijdschriften, de Proceedings of the National Academy of Science of the USA en Current Biology, weet ik eindelijk wie ik ten dele de schuld kan geven voor mijn probleem: mijn voorouders. Beide studies tonen namelijk aan dat onze genetische bagage een zeer belangrijke factor is voor hoe goed we gezichten kunnen herkennen. De twee studies onderzochten of identieke tweelingen meer overeenkomen in de gave om gezichten te herkennen dan niet-identieke tweelingen. Dit bleek zo te zijn, in zulk een mate dat mogelijk zo’n 70% (40% volgens de éne studie, 100% volgens de andere) van de verschillen tussen mensen in dit talent te wijten zijn aan genetische variatie. De studies controleerden voor een mogelijke bijdrage van andere factoren met een genetische link, zoals intelligentie, en deze factoren lagen dus niet aan de basis van de resultaten. 70% is een behoorlijk hoog cijfer, ter vergelijking, de overerfbaarheid van intelligentie is algemeen gekend, maar ligt niet veel hoger.  

Deze bevindingen wekken veel interesse, net omdat het over zulk een specifiek talent gaat, in tegenstelling tot intelligentie. De specificiteit van het talent maakt dat de gevolgen van een gebrek uiteindelijk nog meevallen. Terzelfdertijd behelst dit specifieke talent een zeer complexe eigenschap van ons brein, in tegenstelling tot pakweg bijziendheid (wat ook sterk overerfbaar is). Dit suggereert dat ook zulke zeer complexe eigenschappen mogelijk gerelateerd zijn aan wat één van de studies “specialist genes” noemt. De complexiteit van het talent heeft zo zijn gevolgen, want ook al weten we in de hersenwetenschappen al behoorlijk goed welke delen van de hersenen instaan voor gezichtsherkenning, we tasten voorlopig nog in het duister over hoe variaties in de werking van deze hersendelen leiden tot de geobserveerde variatie tussen mensen in hun talent tot het herkennen van gezichten. De complexiteit van gezichtsherkenning zorgt er dan ook voor dat er geen pasklare remedie beschikbaar is voor eventuele problemen. Voor bijziendheid bestaat een bril, voor gezichtsblindheid (nog?) niet.

Lees het achtergrondartikel over gezichtsblindheid uit Psyche&Brein.

Geschreven in Algemeen | 5 Reacties | Vaste link | Afdrukken

19. Maart 2010, 14:24

Het televisie-programma “De kinderpuzzel” met Bart De Pauw en Tine Embrechts draait rond een aantal koppels die moeten achterhalen welke kinderen bij welke ouders horen. De programma-makers hebben hun best gedaan om het raadsel te verbergen. Bijvoorbeeld, als één van de koppels een sterk Limburgs dialect spreekt, dan zijn er naast de kinderen van dat koppel ook nog andere kinderen uit dezelfde streek die als stoorzender fungeren. Maar in normale omstandigheden is het gezicht onze belangrijkste aanwijzing om iemand te herkennen. Moesten de programma-makers ook zorgen voor stoorzenders voor gelijkenissen tussen ouders en kinderen in gelaatstrekken? Niet echt, zo blijkt …

 

Wat zegt de wetenschap?

 

Wetenschappelijke studies wijzen er op dat het in gecontroleerde omstandigheden, waarin het gezicht de enige bron van informatie is, bijna ondoenbaar is om kinderen toe te wijzen aan de juiste ouder. Een typische taak start met de aanbieding van een kinderfoto samen met de foto’s van twee of drie volwassenen, en daarbij de vraag om te beslissen wie van de twee volwassenen een ouder is van het kind. Een wetenschappelijke versie van de kinderpuzzel zoals we die kennen van TV. Deze studies doen geen moeite om stoorzenders te introduceren en kiezen de juiste en foute volwassenen op toevallige wijze, al vermijden ze natuurlijk triviale situaties zoals het combineren van een blank kind met een blanke en een Chinese volwassene.

 

Iemand die zou gokken in deze taak, haalt een score van 50% (keuze uit 2 volwassen foto’s) of 33% (3 volwassenen om uit te kiezen). Als iemand zulk een skore haalt dan is die niet in staat een onderscheid te maken tussen ouders en niet-ouders. Studies wijzen uit dat de keuzes van mensen in zulke taken niet veel beter is dan wat je zou krijgen door te gokken. Bijvoorbeeld, Brédart en French (1999) vroegen aan studenten om een keuze te maken uit de foto’s van 3 volwassenen (wie is de vader/moeder?). Voor kinderen van 1 jaar was het percentage correcte identificaties 42%, voor 3-jarigen 44%, en voor 5-jarigen ongeveer 47%. In sommige studies zijn de percentages nog lager. Christenfeld en Hill rapporteerden in 1995 bijvoorbeeld dat de percentages helemaal niet boven kansniveau uitstegen, en dit voor kinderen in een leeftijdsbereik van 1 tot zelfs 20 jaar. Na vele studies kunnen we stellen dat performantie in deze taak soms beter is dan kans, maar niet veel.

 

Het bedrog van ons brein in de kraamafdeling …

 

Deze scores zijn dus verrassend laag. Zo laag dat ze in schril contrast staan met de mate waarin we geneigd zijn om gelaatskenmerken van gezichten van baby’s en peuters te associëren met die van volwassenen. Ik ken de statistieken niet, maar het zou me niet verbazen als dit het meest voorkomende gespreksonderwerp is in kraamklinieken (na de obligate vragen over het verloop van de bevalling en de naamkeuze): “Oh, kijk eens hoe mooi, net de neus van haar papa”, “Hé, die wangen heeft hij van zijn mama”. Op basis van de wetenschappelijke studies ter zake spijt het mij te moeten zeggen dat dit dus allemaal (of toch pakweg 90% van deze beweringen) larie en apekool is.

 

Voor sommige lezers zal dit misschien onwaarschijnlijk klinken, omdat de gelijkenissen toch wel erg opvallend zijn. Mensen zijn echt overtuigd van zulke uitspraken, en ze zijn geen leugenaars. Maar mensen zijn ook geen goede schatters van probabiliteiten (zie o.a. een vroegere post in deze neuro(b)log). Als je op puur toeval alle baby’s in een kraamkliniek in een ander bed zou kunnen leggen zonder betrapt te worden, dan zouden dezelfde uitspraken nog steeds gedaan worden, even vaak. Elke baby lijkt wel in iets op elke volwassene, de keuze aan kenmerken is haast oneindig (neus, wangen, ogen, mond, kin, lippen, …). Natuurlijk zullen er ook verschillen zijn, maar daar zijn we niet naar op zoek en daar letten we dus niet op. En als er geen voldoende gelijkenissen zijn, dan verzint ons brein ze wel. Niet bewust, nee, we zijn geen bewuste bedriegers, maar ons brein doet het wel voor ons. Als ons brein ons in staat stelt om olifanten te zien in stapelwolken, Jezus in lijkwades, en duivelsgezichten in rookpluimen (zie hieronder voor een bekend voorbeeld, nl. de rookpluim van 9/11), dan is het misschien niet zo verbazend dat datzelfde brein ons in staat stelt om een willekeurige baby sprekend te doen lijken  op zijn veronderstelde mama of papa.

   

Achterliggende oorzaken

 

Blijft natuurlijk nog steeds de vraag waarom gelaatstrekken van kinderen en hun ouders zo sterk verschillen dat ze bijna even verschillend zijn als de gelaatstrekken van toevallige kind-volwassene paren. Wat zijn de onderliggende oorzaken hiervan? Het is natuurlijk geen evidente taak om kinderen te vergelijken met volwassenen, want gelaatstrekken veranderen doorheen de ontwikkeling. Bijvoorbeeld, de neus van een baby ondergaat heel wat veranderingen doorheen het leven, en de neus van pakweg de koning van België lijkt in niets op het neusje waarmee hij geboren werd (en dit is zonder chirurgie, we spreken hier niet over the King of Pop).

 

Een tweede mogelijke oorzaak ligt weer in onze hersenen, nl. het feit dat we gezichten herkennen als een soort ‘geheel’. Bij gewone gezichtsherkenning letten we niet zozeer op wat voor neus iemand heeft, of wat voor mond, maar op hoe het gezicht er in zijn geheel uit ziet. Dit wordt treffend geïllustreerd door de onderstaande foto's (overgenomen uit Maurer et al., 2002).

  

Beide foto’s zijn gemanipuleerd, ze hebben namelijk dezelfde ogen, neus, en mond. Toch herkennen we meteen twee verschillende personen (Al Gore en Bill Clinton) zonder dat de manipulatie opvalt, althans niet in eerste instantie. Deze geheel-herkenning van gezichten heeft dus tot gevolg dat we erg moeilijk taken kunnen uitvoeren zoals “lijkt de neus van deze twee mensen op elkaar”, en dat is nu net wat we proberen te doen als we kinderen aan de juiste ouder willen koppelen. Zonder al te veel succes dus.

 

Een derde mogelijke oorzaak vinden we in onze evolutionaire achtergrond. In een prehistorische beschaving, nog meer dan nu, is het van belang voor een baby dat de vader overtuigd is dat het kind van hem is (de moeder weet dit natuurlijk met zekerheid). Alleen dan zal de vader zich inspannen om de overleving van het kind te bevorderen en zeker niets doen om het tegen te werken (zoals infanticide). Eén manier om dat te bereiken is dat baby’s systematisch lijken op hun vader, gemiddeld gezien mogelijk meer dan op hun moeder. Christenfeld en Hill rapporteerden zo'n effect, maar het was klein en andere studies hebben dit niet gerepliceerd. Een andere manier is er voor te zorgen dat baby’s eigenlijk op geen enkele ouder lijken, en te rekenen op de algemene eigenschap van ons brein om ons te doen zien wat we willen zien. Dat lijkt dus de strategie te zijn die vanuit de evolutie tot stand is gekomen.

 

Misschien tot slot nog een wijze raad voor die lezers die de neiging hebben hun wetenschappelijke kennis te pas en te onpas te etaleren, en binnenkort op bezoek gaan bij een pasgeboren baby: Ik heb zo een gevoel dat een jonge moeder meer gesteld gaat zijn op de zoveelste “oh, kijk die mooie wangetjes, net haar mama”, dan op een exposé over de onbetrouwbaarheid van zulke uitspraken en, nog erger, over de rol van zulke vergelijkingen om te vermijden dat de papa infanticide pleegt. Het zou je niet in dank afgenomen worden, niet door de ouders en niet door mij - in geval ze op deze site hun beklag komen doen …

 

Brédart, S., & French, R. M. (1999). Do babies resemble their fathers more than their mothers? A failure to replicate Christenfeld and Hill (1995). Evolution and Human Behavior, 20, 129–135. 

Bressan, P., & Grassi, M. (2009). Parental resemblance in one-year-olds. Evolution and Human Behavior, 25, 133-141. 

Christenfeld, N. J. S., & Hill, E. A. (1995). Whose baby are you? Nature, 378, 669.   

Maurer, D., Le Grand, R., & Mondloch, C. (2002). The many faces of configural processing. Trends in Cognitive Sciences, 2002, 6, 255-260.

Geschreven in Algemeen | 1 Reacties | Vaste link | Afdrukken

12. Februari 2010, 22:41

Wij hebben twee ogen. Het beeld dat binnenkomt in elk oog is niet helemaal hetzelfde – al zijn de verschillen meestal klein. Toch nemen we bewust maar één beeld waar. Voor ons bewustzijn is er één beeld, geen twee. Deze eigenschap van ons visueel systeem wordt door wetenschappers gebruikt om inzicht te krijgen in hoe bewustzijn tot stand komt in onze hersenen.

 Binoculaire rivaliteit 

Hiervoor creëren wetenschappers uitzonderlijke omstandigheden waarin een helemaal ander beeld gepresenteerd wordt aan elk oog. Deze twee beelden gaan dan met elkaar in competitie, wat in het Engels “binocular rivalry” (binoculaire rivaliteit) genoemd wordt. Ik zal dit eventjes illustreren met de onderstaande cijfers, een blauwe ‘5’ en een rode ‘2’. Een methode om hiermee binoculaire rivaliteit te creëren die bij de meeste mensen gaat werken, is door twee WC-rolletjes te nemen. Zet de twee rolletjes vlak naast elkaar, één over elk cijfer, en kijk met je ogen door de rolletjes zoals door een verrekijker. Na een korte tijd zullen de twee cijfers in elkaar vloeien en zie je maar één stimulus meer. Je kunt ook een kaft/karton tussen beide cijfers zetten en met één oog naar elk cijfer kijken door je gezicht tegen de kaft te zetten, maar of je dan rivaliteit krijgt hangt van je manier van kijken af (je kan het altijd eens proberen als je geen WC-rolletjes kunt bemachtigen). Als het werkt, dan zie je niet langer twee karakters, maar wel één beeld dat in de tijd verandert. Blijf rustig een tijdje kijken (enkele tientallen seconden). Soms ga je alle lijnen zien staan, maar niet altijd. Soms zie je misschien zelfs ofwel een ‘2’, ofwel een ‘5’.  Wat je ziet, verandert in de tijd en je lijkt er weinig controle over te hebben. Werkt het?

 

Hieronder staat een gewijzigde set van karakters, nu is het een blauwrode ‘3’ naast een blauwrode ‘E’. Maar zodra je een tijd door de WC-rolletjes kijkt, merk je dat je waarneming erg gelijkaardig is als in het eerste voorbeeld met een ‘5’ en een ‘2’.

 

 

Er zijn nog heel wat andere voorbeelden van rivaliteit tussen mogelijke waarnemingen. Meestal gaat het dan over één beeld (monoculaire rivaliteit) dat op verschillende manieren kan geïnterpreteerd worden. Hieronder staan twee voorbeelden. Vlak hieronder staat een stimulus die zowel als een rat of als een mensen-hoofd kan geïnterpreteerd worden. Het is telkens maar mogelijk om één van beide interpretaties te zien, ze zijn “mutueel exclusief”. Bijvoorbeeld, de onderste lijn is ofwel een staart, ofwel de onderkant van het hoofd, maar het lijkt onmogelijk om het als beide te zien.

   

Hierin is het laatste voorbeeld van vandaag wat anders. Hieronder staat een reeks stimuli waarvan de middelste op twee manieren kan gezien worden, in dit geval als een huis of als een gezicht (stimuli gemaakt door Elfi Goesaert van de K.U.Leuven). Maar deze interpretaties lijken minder tegenstrijdig omdat beide interpretaties vertrekken van dezelfde vorm. Men zou dit een huis kunnen noemen dat in zijn structuur lijkt op een gezicht. Zulk een bewoording is niet echt geschikt voor het bovenstaande rat/mens voorbeeld.

 Je brein aan het werk 

Hoe mooi deze monoculaire voorbeelden ook zijn, ze zijn misschien niet zo intrigerend als binoculaire rivaliteit omdat we meer vat lijken te hebben op de monoculaire stimuli. We kunnen welgemikt gaan ‘zoeken’ naar de mogelijke interpretaties, terwijl de binoculaire rivaliteit meer “tot ons” komt. Daarom is binoculaire rivaliteit misschien wel het mooiste voorbeeld van de dynamische werking van je brein. Je bewuste waarneming, en de overgang van de ene waarneming naar een andere, is te wijten aan wat er zich in je hoofd afspeelt, en is niet zomaar een eenvoudig gevolg van de binnenkomende beelden. Dit paradigma van binoculaire rivaliteit wordt dan ook gebruikt om inzicht te verwerven in de dynamische (in de tijd veranderende) processen die zich in je hoofd afspelen en die leiden tot de inhoud van ons bewustzijn.

 

Een eerste interessant gegeven is dat de informatie van de twee ogen een hele tijd gescheiden verwerkt wordt. In de ogen zelf (retina), evenals in het volgende tussenstation, de thalamus. De informatie komt dus gescheiden binnen in de hersenschors, meer specifiek in de primaire visuele hersenschors. Daar wordt deze informatie vrij snel gemengd, en de meeste hersencellen in de hersenschors hebben dan ook geen benul van wat er in elk oog apart binnenkwam. Dat komt dus overeen met onze bewuste waarneming: net als wijzelf ‘zien’ deze hersencellen één beeld, en het is voor deze hersencellen, net als voor ons, onmogelijk om uit te maken of dat beeld van het linkeroog komt, van het rechteroog, een mengvorm is van twee verschillende beelden, dan wel of beide ogen hetzelfde beeld binnen kregen.

 

In de wetenschappelijke literatuur is er echter veel discussie over hoe deze bewuste waarneming tot stand komt. Er bestaat een heel continuüm aan wetenschappelijke hypotheses, maar er zijn twee uitersten te onderscheiden. Allereerst zou het kunnen dat het de twee monoculaire inputs zijn die in competitie treden, waarbij er over de tijd telkens een andere input wint. Dit zou zich dan in de hersenen afspelen op een niveau waarin cellen nog ‘weten’ welke input van welk oog komt, dus bijvoorbeeld in de thalamus of in de primaire visuele hersenschors.

Een andere mogelijkheid is echter dat het de voorstellingen van de twee getoonde beelden zijn die in competitie treden. Dus als er een ‘2’ en een ‘5’ getoond worden, dan gaan hersencellen die coderen voor de ‘2’ in competitie met cellen die coderen voor de ‘5’. Deze cellen weten echter niet welke stimulus aan welk oog werd aangeboden. De meest waarschijnlijke optie, zoals zo vaak, is dat beide extremen een beetje waar zijn, en dat binoculaire rivaliteit te wijten is aan een combinatie van competitie tussen monoculaire representaties en competitie tussen complexe patroon representaties.

 

Neurofysiologische studies suggereren inderdaad dat binoculaire rivaliteit een gevolg is van een samenspel van meerdere processen, wat vooral blijkt uit de betrokkenheid van vele hersengebieden, waaronder zowel monoculaire als binoculaire representaties. Er is heel wat werk verricht naar de neurofysiologie van binoculaire rivaliteit. De bekendste reeks studies werd uitgevoerd door Nikos Logothetis en David Leopold. Zij leerden rhesus-apen om aan te geven welke vorm (bv., vierkant, ster, …) ze zagen in een situatie waarin een andere vorm werd aangeboden aan elk oog. Terzelfdertijd registreerden ze de activiteit van hersencellen (neuronen) op verschillende plaatsen in de hersenschors.

In de primaire visuele hersenschors vonden ze dat deze activiteit niet echt meeging met de bewuste waarneming, terwijl zulk een relatie tussen waarneming en activiteit wel gevonden werd in ‘hogere’ hersengebieden die indirect verbonden zijn met de primaire visuele hersenschors. Dit wijst erop dat de bewuste waarneming geleidelijk opgebouwd wordt. Er zijn echter ook indicaties voor invloeden zijn in de andere richting, namelijk dat de ‘hogere’ hersengebieden signalen terugsturen naar de primaire visuele hersenschors over wat er bewust waargenomen wordt, en dat deze informatie interageert met de monoculaire (oog-specifieke) input die in de hersenschors binnenkomt (Tong et al., 2006). Er is dus een vrij complexe machinerie betrokken bij het tot stand brengen van de bewuste waarneming.

Kwantum-psychologie? 

Binoculaire rivaliteit is zulk een krachtige demonstratie van het onderscheid tussen visuele input en bewuste gewaarwordingen, dat de bevindingen ook buiten de waarnemingspsychologie en hersenwetenschappen implicaties hebben. Dit leidt tot interessante combinaties.

Een mooi voorbeeld is een artikel van enkele jaren geleden in het tijdschrift Nature. Hierin vertrekken Christof Koch en Klaus Hepp van een gedachte-experiment van de befaamde fysicus Schrödinger waarmee hij enkele basis-principes van de kwantum-mechanica illustreerde, zoals indeterminisme en super-positie. Dit experiment start met een gesloten doos met daarin de kwantum-superpositie van een dode en een levende kat. Beide bestaan tegelijk in het kwantum-systeem dat een ingebouwde onzekerheid heeft, tot een waarnemer in de doos kijkt en daarvan de inhoud meet – op dat ogenblik wordt het een deterministisch systeem waarin het lot van de kat exact bepaald is. Deze waarnemer zal dan ofwel de levende ofwel de dode kat waarnemen.

 

Maar stel nu dat de waarnemer maar met één oog in de doos kijkt, en met zijn andere oog naar iets anders, pakweg een gezicht op een computerscherm. Wat gebeurt er dan met het kwantum-systeem op een moment dat de waarnemer bewust is van het gezicht en niet van de kat? Als bewuste waarneming noodzakelijk is, dan blijft het lot van de kat indeterministisch. Maar als het voldoende is dat het licht (fotonen) van de kat het oog van de waarnemer bereiken en dus de receptoren in het oog activeren, dan is dat een voldoende voorwaarde om het lot van de kat deterministisch vast te pinnen.

Doet psychologie bij deze zijn intrede in de meest fundamentele fysische modellen? Fysici wezen gewaarschuwd: van zodra je een concept in je theorie binnenbrengt dat inherent subjectief is (subjectief = afhangend van de waarnemer), dan wordt je meteen in het zwarte gat van de mens-wetenschappen gezogen. En mens- en cultuurwetenschappers hebben geen Einstein nodig om te weten dat alles relatief is …

 

Wat verdere literatuur:

Tong, F., Meng, M. & Blake, R. (2006) Neural bases of binocular rivalry. Trends in Cognitive Sciences. 10, 502-511.  

Koch & Hepp, 2006, Nature, beschikbaar via volgende link: http://www.klab.caltech.edu/news/koch-hepp-06.pdf

 

Meer inforrmatie over Schrödinger’s kat: http://nl.wikipedia.org/wiki/Schrödingers_kat  

Geschreven in Algemeen | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

20. November 2009, 13:37

Ik heb een droom dat we ooit zoveel zullen weten van de menselijke biologie dat we in staat zullen zijn om alle dierproeven te bannen zonder de medische vooruitgang te hinderen; of, als een start, op zijn minst alle proeven op apen. Ik vrees echter dat deze droom even veel kans heeft om uit te komen als de droom dat we met zijn allen kunnen stoppen met belastingen te betalen zonder negatieve gevolgen voor onze sociale zekerheid. De kans is dus nul, en voor beide dromen geldt het adagio “no pain, no gain”. Iemand die één van deze dromen als realiteit voorstelt, is ofwel onwetend ofwel bewust misleidend. Nochtans hebben we zulke uitspraken deze week weerom in de media mogen horen voor het geval van dierproeven. Verklaringen of wetsvoorstellen in zulk een richting kunnen echter best met de nodige scepsis benaderd worden.

Alternatieven gezocht

Ik heb goede redenen om te dromen van een wereld zonder proeven op apen. Ooit heb ik deze proeven zelf uitgevoerd in het kader van een doctoraat te Leuven. Zwaar, vuil (zeker figuurlijk, maar vaak ook letterlijk), en bij wijlen frustrerend werk, lange dagen, en met als resultaat zeker minder publicaties dan ik had verkregen met één van de methodes die soms gesuggereerd worden als alternatief voor deze dierproeven. Maar daaronder wel publicaties die nog steeds als ijkpunt dienen in dit onderzoeksdomein – overigens ook en zelfs vooral voor latere studies die gebruik maken van mogelijk alternatieve methodes.

Ik was en ben dan ook overtuigd van de noodzaak van proeven op apen (in deze tekst refereer ik hiermee niet naar mensapen, maar naar soorten zoals de rhesusaap). Ironisch genoeg lopen er onder mijn leiding geen proeven meer op apen (het is meer dan 3 jaar geleden dat ik nog een aap van dichtbij heb gezien), en ben ik volop bezig met verscheidene methodes die door sommigen worden voorgesteld als alternatieven voor proeven op apen, waaronder hersenscans, simulatie-studies (in de literatuur vaak “computationele modellering” genoemd), en onderzoek op ‘lagere’ diersoorten zoals ratten. Ik heb dus alle redenen om het potentieel van deze andere technieken zo positief mogelijk voor te stellen. Meer nog, objectief gezien zou het voor mijn eigen onderzoeksfinanciering niet slecht zijn als alle apen-experimenten in België verboden zouden worden met als argumentatie dat de genoemde alternatieven het nieuwe manna uit de hemel zouden zijn – en ik natuurlijk de brenger van dat manna.

Als wetenschapper kan ik echter niet verzaken aan de waarheid. Deze waarheid gebiedt mij te zeggen dat er simpelweg geen alternatieven zijn voor de proeven uitgevoerd op apen in het domein van hersenwetenschappen (ik beperk me hier tot mijn specialisatie). Zeer basale functies die we met zekerheid gemeen hebben met vele zoogdieren kunnen en worden ook onderzocht in lagere diersoorten (met een nadruk op muizen en ratten), dus in dat geval zijn andere dieren een mogelijke uitweg. Maar voor onderzoek naar hogere cognitieve functies hebben we ook apen nodig.

Zijn hersenscans een alternatief?
Laat ik hier als illustratie nader ingaan op een vaak aangehaald alternatief, functionele hersenscans bij de mens, een niet-invasieve  techniek waarmee we de activiteit van hersengebieden meten in een bepaalde context (bv., het bekijken van foto’s van gezichten). Ik heb in mijn vorige blog-post al wat meer informatie gegeven over wat we met deze techniek wel en niet kunnen doen, en voor wat meer achtergrond kan de lezer daar terecht.

Waarom zijn deze hersenscans geen alternatief voor proeven op dieren? Wel, allereerst vindt bijna elke nieuwe revolutie in het domein van hersenscans zijn oorsprong binnen dier-onderzoek. Zonder voorgaand dier-onderzoek zouden we eenvoudigweg niet weten wat we aan het meten zijn met hersenscans, en zonder dier-onderzoek zal de vooruitgang in het veld van hersenscans ernstig vertragen. Een analogie maakt dit nog het duidelijkste: Hersenscans en dieronderzoek staan een beetje tot elkaar zoals de ogen en het hart in het lichaam. Het hart en de rest van het lichaam kunnen rustig verder als de ogen niet meer functioneren , maar als het hart stopt met slaan dan is het ook met de ogen gedaan. Zo ook kan dieronderzoek verder evolueren en kennis accumuleren zonder hersenscans, maar hangt vooruitgang binnen de wereld der hersenscans in grote mate af van dier-onderzoek. Mensen die anders beweren kennen hun geschiedenis niet.

Hersenscans hebben dierproeven nodig

De meeste functionele hersenscans zijn gebaseerd op de techniek van magnetic resonance imaging (MRI), en meten een signaal dat beïnvloed wordt door veranderingen in de zuurstofsamenstelling in het bloed als gevolg van neurale activiteit. Dit wordt in technische termen het Blood-Oxygenation-Level-Dependent- of BOLD-signaal genoemd. Het gebruik van dit signaal is gevalideerd en op punt gesteld op basis van studies die 20 jaar geleden gedaan werden bij ratten door Ogawa en collega’s. Onderzoekers hadden dit signaal ook meteen bij mensen kunnen meten zonder enige dierproeven, maar ze zouden niet geweten hebben wat ze aan het meten waren. Soms verwijst men naar allerhande simulatie-technieken om hierachter te komen, iets wat ik ook in mijn onderzoek gebruik, maar deze technieken laten ons enkel toe om bestaande kennis samen te brengen en van daaruit nieuwe hypotheses te genereren – niet om de juistheid van deze hypotheses te toetsen. Daar is dier-onderzoek voor nodig.

Na de introductie van het BOLD-signaal is het aantal studies dat hier gebruik van maakte exponentieel gestegen, maar het domein werd geplaagd door een gebrek aan kennis over de grondslag van dit BOLD-signaal. Hersencellen en circuits van met elkaar verbonden hersencellen zijn namelijk erg ingewikkeld en er spelen zich vele processen af, chemische processen (bijvoorbeeld, stoffen die worden doorgegeven van de éne cel naar de andere), zowel als een veelheid aan trage en snelle elektrische processen. Onderzoek op apen heeft een grote rol gespeeld bij de kennis die we momenteel hebben over de samenhang tussen deze processen en het BOLD-signaal zoals gemeten met hersenscans (zie bijvoorbeeld Logothetis et al., 2001). Zonder zulke kennis zouden we simpelweg niet weten wat we meten met hersenscans – en onze kennis is nog steeds onvoldoende. Verder onderzoek op apen en andere dieren is hiervoor noodzakelijk.

En wat met de state-of-the-art in hersenscans: Brain reading?

Het domein van hersenscans staat niet stil. In recente jaren werd er een nieuwe manier ontwikkeld om data van hersenscans te analyseren die in de media vaak “brain reading” genoemd wordt. De introductie van deze analyse-methode gebeurde in onderzoek op mensen (bv., Kamitani & Tong, 2005), maar om de meerwaarde van deze techniek te bewijzen werd er bewust voor geopteerd om te laten zien hoe deze analyse een resultaat kon opleveren dat tot dan toe enkel in onderzoek op apen kon verkregen worden. De apenproeven leverden dus het noodzakelijke ijkpunt bij de ontwikkeling van deze technieken.

Met brain reading zien we dan dat de geschiedenis zich herhaalt. Net als bij het BOLD-signaal is deze analyse-methode in vele studies toegepast, ook door mezelf, zonder echter goed te weten wat we aan het meten waren. Dit maakte de studies zeker niet nutteloos, maar het beperkte wel de conclusies die we uit de resultaten konden trekken. Pas recentelijk is men begonnen met dit probleem aan te kaarten (zie bv. Kriegeskorte et al., 2009; Op de Beeck, 2009), en bij het oplossen van dit vraagstuk zal onderzoek op apen of katten weeral een centrale plaats innemen.

Hierbij is het interessant om op te merken dat alle genoemde ontwikkelingen in de wondere wereld der hersenscans, BOLD-signaal, relatie tussen BOLD en hersenprocessen, en brain reading, eerst tot stand kwamen in fundamenteel onderzoek naar visuele waarneming. Dit is gerelateerd aan het feit dat de onderliggende hersenstructuren zich goed lenen voor systematisch onderzoek. Het is dan pas later dat het toepassingsdomein van deze technieken uitgebreid wordt, naar onder andere klinisch en pre-klinisch onderzoek. In het geval van brain reading gebeurt dat maar sinds erg kort. Dit is een uitstekende illustratie van het argument dat het onzinnig is om fundamenteel onderzoek te laten vallen ten voordele van meer toegepast klinisch onderzoek. Vooruitgang in klinische studies en toegepast onderzoek is in grote mate te danken aan fundamenteel onderzoek. Dit verklaart waarom wetenschappers met kennis van zaken zich kanten tegen de idee om andere ethische normen te hanteren voor fundamenteel en toegepast dier-onderzoek, zoals bijvoorbeeld het gebruik van apen te beperken tot onderzoek met directe klinische relevantie. Op het eerste zicht klinkt dit als een zeer redelijk standpunt, maar het houdt geen rekening met de wijze waarop wetenschappelijk onderzoek werkt (niet omdat wetenschappers dat zo willen, wel omdat het niet anders kan).

Laat ik tot slot even onderstrepen waarvoor hersenscans erg nuttig zijn. Ze laten ons toe om hypotheses te testen die vanuit dier-onderzoek komen, en zodoende tot op zekere hoogte te verifiëren dat bepaalde hersenprocessen gelijkaardig verlopen in de mens. Het belang hiervan valt zeker niet te onderschatten. Omgekeerd kunnen hersenscans ook nieuwe mechanismen blootleggen op systeem-niveau (welke gebieden doen wat), en kunnen de resultaten tot nieuwe hypotheses leiden. Met hersenscans kunnen we echter niet alles te weten komen over deze hersenprocessen, en apenproeven zijn onontbeerlijk om de overblijvende gaten in onze kennis op te vullen.

Ironisch gezien komen er meer van zulke prangende vragen naarmate er meer onderzoek met hersenscans gebeurt. Hetzelfde geldt overigens voor simulatie-studies. Des te meer onderzoek er gebeurt met alternatieve methodes, des te meer vragen er opduiken die we enkel kunnen beantwoorden met proeven op apen. Ook wetenschappers die intensief betrokken zijn bij deze dierproeven zouden het graag anders hebben, want de meesten hebben een band met hun proefdieren en een hart voor de natuur, en bovendien zijn dierproeven erg tijdrovend en ‘vuil’ werk in vergelijking met de alternatieve methodes. Dus niet alleen de dieren zelf, maar ook de wetenschappers zouden er baat bij hebben als we zonder deze dierproeven dezelfde kennis zouden kunnen verkrijgen. Spijtig genoeg is dat een utopie. Lezers die wel een alternatief denken te kennen, mogen het dus altijd laten weten.


Kamitani, Y., & Tong, F. (2005). Decoding the visual and subjective contents of the human brain. Nature Neuroscience, 8, 679-85.

Kriegeskorte, N., et al. (in press). How does an fMRI voxel sample the neuronal activity pattern: compact kernel or complex spatiotemporal filter? NeuroImage.

Logothetis, N.K., et al. (2001). Neurophysiological Investigation of the Basis of the fMRI signal. Nature, 412, 150-157.

Op de Beeck, H. P. (in press) Against hyperacuity in brain reading: Spatial smoothing does not hurt multivariate fMRI analyses?

Geschreven in Algemeen | 2 Reacties | Vaste link | Afdrukken

22. Juli 2009, 11:45

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.

 

 

Vul, E., Harris, C., Winkelman, P., & Pashler, H. (2009). Puzzlingly high correlations in fMRI studies of emotion, personality, and social cognition. Perspectives on Psychological Science, 4, 274-290. Besproken in o.a. http://noorderlicht.vpro.nl/artikelen/41320020/ (“steekje los aan hersenonderzoek”). 

Geschreven in Algemeen | 1 Reacties | Vaste link | Afdrukken

05. Juni 2009, 10:43

Een tijdje terug werd er door Amerikaanse onderzoekers met behulp van hersenscans ontdekt dat de hersenen van democraten en republikeinen anders in elkaar zitten. Zo reageren ze anders op het zien van de gezichten van vroegere Amerikaanse presidenten. Een recente studie in Current Biology suggereerde bovendien dat de hersenen al 8 seconden voor iemand een zogezegd uit vrije wil gemaakte beslissing neemt weten welke beslissing die persoon gaat maken.

Als hersenscans toch zulke informatie opleveren over onze voorkeuren, en zelfs vroeger dan we het zelf weten, waarom organiseren we dan eigenlijk nog verkiezingen, en laten we niet gewoon hersenscans beslissen over het resultaat? Uiteindelijk zijn verkiezingen een tweejaarlijkse bezigheid (in het beste geval), die enorm veel tijd en geld kost. En kopzorgen, want vele kiezers breken zich het hoofd over wie ze nu best zouden kiezen. Terwijl hun brein het blijkbaar toch al op voorhand weet.

Denk je dat dit een onzinnig voorstel is? Onderschat die hersenscans niet! Onlangs verkondigde hoogleraar Willem Verbeke (Erasmus Universiteit Rotterdam) in verscheidene Nederlandse en Belgische kranten dat hersenscans erg nuttig zouden zijn bij sollicitaties. Enkele citaten: “We gaan naar een maatschappij waar de werkgevers tussen nu
en vijf jaar hun werknemers zullen scannen, vooral dan bij de rekrutering. Want hersenen zijn niet zomaar te herprogrammeren”. Of nog: “Wij geloven er heilig in dat mensen die voor een hoge functie in aanmerking komen, eerst op mogelijk psychopathisch gedrag getest moeten worden. Dat kan op basis van de door ons ontwikkelde fMRItechnieken”.

En een groot geluk voor de geïnteresseerden: professor Verbeke is alvast betrokken bij een bedrijf dat zulke scans aanbiedt voor de zachte prijs van 5,000 euro per scan. Volgens Verbeke zeker de moeite waard, want hersenscans verstrekken in de desbetreffende materie erg nuttige informatie die veel verder gaat dan wat je kunt besluiten uit de klassieke job-interviews en –testen. Met hersenscans kun je bijvoorbeeld op voorhand weten of een potentiële werknemer ooit tot fraude in staat is, veel meer dan je ooit kunt afleiden uit de toch al intensieve testen die door vele recruteringsbureaus georganiseerd worden. Dus: hersenscans zijn volgens deze informatie betrouwbaarder dan gedragstests (en dat is uiteindelijk wat een verkiezing is), laten toe om politieke voorkeur te achterhalen, en zelfs om te voorspellen welke beslissingen iemand gaat nemen (zie eerste paragraaf).

Op basis van deze berichten in de media stel ik dan ook het volgende voor om verkiezingen te vervangen. Allereerst moeten alle politici een hersenscan ondergaan, en op basis daarvan gaan we diegenen overhouden die mogelijk geschikt zijn voor de job. Hopelijk blijven er genoeg over. Daarnaast gaan we alle mensen scannen op een bepaald punt in hun leven, pakweg op hun 18 jaar. In de scans gaan we na hoe de mensen zich positioneren in het politieke landschap (Gedaan met de stemtesten in allerlei media), en hun reactie op verscheidene onderwerpen in de media en de politiek. Hiermee kunnen we dan hun politieke voorkeur bepalen op het moment van de scan, evenals voorspellen hoe dit gaat evolueren naargelang de partijprogramma’s veranderen.


Eén scan in plaats van om de twee jaar dat ouderwetse rode potlood?

Als we met hersenscans kunnen voorspellen hoe mensen zich in hun beroepsloopbaan gaan gedragen, dan is een éénmalige scan per persoon wel voldoende. Ik heb het eens uitgerekend. Als we de aankoop en werkingskosten van scanners en personeel in rekening brengen, schat ik dat we met het geld uitgegeven aan de organisatie- en propaganda-kost voor 20 jaar verkiezingen iedereen onder de scanner kunnen leggen. Dus: weg met democratie op basis van verkiezingen, en op naar de neuro-democratie!

Al wie toch wel vragen heeft bij dit op sensationele media-berichten gebaseerde voorstel, verwijs ik graag naar mijn volgende post over de beperkingen van hersenscans. :)


Referenties:

Haynes, J.D. et al. (2007). Reading hidden intentions in the human brain. Current Biology, 17, 323-328.

Kaplan, J.T. et al. (2006). Us versus them: Political attitudes and party affiliation influence neural response to faces of presidential candidates. Neuropsychologia, 45, 55-64. (+ “This is your brain on politics” in New Yor Times, 2007; see http://repository.upenn.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1031&context=neuroethics_pubs)

Geschreven in Algemeen | 5 Reacties | Vaste link | Afdrukken

09. Februari 2009, 21:12

Les I over het brein: Vertrouw het nooit (zie ook Het Magische Brein). En dat geldt zeker als het over getalletjes en statistiek gaat. In de laatste week van januari kwam minister Bert Anciaux in nauwe schoentjes omdat hij het drama in de kribbe Fabeltjesland in Dendermonde vergeleek met het recente drama in Gaza. Maar de reactie op deze drama’s bij betrokkenen en buitenstaanders illustreert wel in beide gevallen een universele eigenschap van ons brein: het is verschrikkelijk slecht in kansberekening. Deze eigenschap uit zich in vele gedragingen en gevoelens, waaronder het zo beruchte (on)veiligheidsgevoel.  

HET VERKEERD AFWEGEN VAN RISICO’S 

Neem nu het drama in Dendermonde. Naast sterke gevoelens van afgrijzen en medeleven, zal een veel voorkomende reactie bij niet-rechtstreeks betrokken ouders met kinderen in andere kribbes er toch wel één van bezorgdheid geweest zijn. De maandagochtend na het drama zullen velen een keer geslikt hebben bij het afzetten van hun eigen kinderen. Bij meer rechtstreeks betrokkenen was de reactie nog veel extremer. De media berichtten bijvoorbeeld over een vrouw uit Dendermonde die vlak na de gebeurtenissen aangaf dat ze voor het drama nog aan het twijfelen geweest was of ze haar baby in een kribbe zou inschrijven of niet. Dit drama deed de weegschaal voor haar volledig overhellen naar het alternatief: werk opgeven en zelf voor het kind zorgen.  

Zeer begrijpelijke reacties, maar niet erg rationeel. Want diezelfde ouders hebben zonder zich zorgen te maken op diezelfde maandagochtend een hele weg afgelegd om aan de kribbe te geraken, met auto, fiets, of te voet. De kans om in een verkeersongeval betrokken te geraken met mogelijk dodelijke afloop is in België echter veel groter dan dat iemand met kwade bedoelingen een kribbe binnendringt. Als we er goed over nadenken weten we dat ook. Maar blijkbaar doet ons brein aan een soort van automatische kansberekening waarbij zeer opvallende gebeurtenissen een irrationeel grote kans toebedicht krijgen. Dit is een welgekend fenomeen in de psychologie. Een standaard-voorbeeld is het feit dat vele mensen de risico’s van vliegreizen overschatten relatief ten op zichte van de risico’s van de auto als vervoermiddel. Ook hier heeft dit in grote mate te maken met de hoge zichtbaarheid en impact (o.a. in termen van aantal slachtoffers) van een vliegtuigongeluk, evenals de onvoorspelbaarheid ervan. Voor gerelateerde voorbeelden, zie hier en hier.  

SUBJECTIEVE VERSUS REËLE RISICO’S 

Ook bij de recente gebeurtenissen in Gaza speelt deze vervormde kansberekening een rol. Bij discussies over de verantwoording van de inval van Israël speelt er duidelijk een andere kansbereking mee voor Israëli’s dan voor mensen van onrechtstreeks betrokken landen (waaronder België, laat ik dit hier voor het gemak ‘buitenstaanders’ noemen). Buitenstaanders lijken (in hun ogen) in staat tot een objectieve kansberekening: de raketten van Hamas waren haast lachwekkend inefficiënt in termen van het aantal fysieke slachtoffers, en dat staat in schril contrast tot het aantal doden en gewonden dat de Israëlische inval veroorzaakte. Waarom blijven Israëli’s die raketten dan gebruiken als verantwoording voor de inval? Maar: de raketten waren dan misschien fysisch inefficiënt, ze hadden wel een zeer groot psychologisch effect. Deels omdat de raketten erg onvoorspelbaar waren in waar ze terechtkwamen, al even onvoorspelbaar als het drama in Dendermonde. Deels ook omdat vele mensen de raketten konden horen, ook al maakten ze geen fysische slachtoffers. Vandaar dat een meerderheid van Israeli’s vond dat hun regering tot actie moest overgaan. 

Samengevat, in elk drama dat zich voordoet kunnen we de vervormde kansberekening van ons brein terugvinden, in zowel de oorzaken als de perceptie achteraf. Vanwaar komt nu die vervormde kansberekening? Een invloedrijk voorstel kwam in de jaren (19)70 van de psychologen Tversky en Kahneman. Als mensen werken met kansen, dan houden ze zich niet bezig met numeriek correcte berekeningen. Ze baseren zich eerder op snelle en hoogstens min-of-meer juiste schattingen. Deze schattingen worden bekomen door het volgen van heuristieken, zoals bv. “reizen met het vliegtuig moet wel veel risico’s inhouden, want toen en toen en toen gebeurde er een ongeval waarbij vele mensen omkwamen”. Het volgen van zulke heuristieken heeft als grote voordeel dat ze een veel snellere actie toelaten dan meer correcte berekeningen. Dit is dan ook een door de evolutie beproefde werkwijze.  

OORDEEL NIET TE SNEL 

Deze kansberekeningen zijn maar één voorbeeld van hoe ons brein de waarheid geweld aandoet, en er zijn andere vervormingen die even belangrijk zijn voor het begrijpen van onze reactie op negatieve en positieve gebeurtenissen. Zeer relevant is de actor-observeerder ‘bias’ (zie hier). We hebben de neiging om de invloed van omgevingsfactoren hoger in te schatten ter verklaring voor ons eigen gedrag dan ter verklaring van het gedrag van anderen. Dit geldt vooral voor gedragingen met een negatieve connotatie, want er is ook zoiets als een “self-serving” bias. Als we zelf een positieve gedrag stellen, dan gaan we de oorzaak van dit gedrag wel bij onszelf leggen (onze “goede inborst”), maar als we een negatief gedrag stellen dan zoeken we de oorzaak van dit gedrag buiten onszelf. Dus: als ik iemand help is dat omdat ik zo een goed mens ben, als ik iemand pijn doe dan kon ik er echt niets aan doen en dan was het de schuld van de omstandigheden (de self-serving bias). Als iemand anders een medemens pijn doet, ja, dan lijken diezelfde omstandigheden helemaal niet zo dwingend (de actor-observeerder bias). De evolutionaire, adaptatieve waarde van zulk een bias lijkt op één punt alvast overduidelijk: Het is goed voor onze eigenwaarde.  

Om terug te gaan naar de voorbeelden die ik in het begin aanhaalde, is het belangrijk om mee te geven dat het “ik” bij zulk een bias vaak gegeneraliseerd naar een “wij”, zijnde mensen waarmee we ons gemakkelijker identificeren. Een voorbeeld van de actor-observeerder bias in de wij-vorm is bijvoorbeeld dat de inval van Gaza gezien wordt als onvermijdelijk gegeven de omstandigheden door veel mensen met nauwe banden met Israël, maar als een niet-gepaste reactie door vele anderen. Een ander voorbeeld van deze fenomenen in de wij-vorm is dat mensen die vanuit hun beroep geschoold zijn in het zich inleven in de geest van een psychotisch persoon veel beter in staat zijn om de optie “ontoerekeningsvatbaar” (ook hier: oorzaak ligt buiten de persoon zelf) als een valabele optie te beschouwen voor een moordernaar dan andere mensen. Anderen hebben vanuit de actor-observeerder bias de neiging om de schuld bij de dader zelf te leggen, niet bij een oorzaak buiten de dader. 

De hier gegeven illustraties zijn natuurlijk anekdotisch van aard, maar er is heel wat wetenschappelijke evidentie dat alle mensen onderhevig zijn aan deze vervormingen in ons brein, en tot op zekere hoogte zijn ze onvermijdelijk. Eens dat we weet hebben van deze vervormingen, kunnen we ze moeilijk naast ons neerleggen en doen of ze niet bestaan. Kennis van deze vervormingen moet ons misschien wel wat voorzichtiger maken bij het oordelen over medemensen in onze eigen maatschappij en in andere culturen. Of zoals Tolstoy (1828-1910) al aanraadde: “Wees scherp in uw blik, maar zacht in uw oordeel.”

Geschreven in Algemeen | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

18. December 2008, 21:26

De mate waarin en de manier waarop ons brein ‘maakbaar’ is, vormt zonder twijfel één van de belangrijkste vraagstellingen binnen de hedendaagse psychologie en hersenwetenschap, evenals binnen mijn eigen onderzoek. Vorige week was er in Amsterdam een symposium over de huidige stand van zaken in het wetenschappelijk onderzoek naar allerlei vormen van leren in onze hersenen, ook wel ‘plasticiteit’ genoemd. Duidelijk zijn er nog vele onbeantwoorde vragen ter zake, maar op een conferentie die exclusief dit onderwerp behandelt kun je je natuurlijk verwachten aan vele sterke standpunten over het grote belang van leren en plasticiteit. 

THE SKY IS THE LIMIT? 

Het begon al goed op de eerste avond, met als ‘keynote’ spreker Michael Merzenich, zonder twijfel één van de meest vooraanstaande experts over dit onderwerp (zie ook http://en.wikipedia.org/wiki/Michael_Merzenich). Hij is auteur of mede-auteur van een heel aantal belangrijke studies over hoe leerervaringen de hersenwerking kunnen beïnvloeden. Zo is er een reeks studies bij apen naar hoe het gebruik van de vingers de grootte van het stuk hersenschors dat instaat voor de sturing van deze vingers kan beïnvloeden. Vingers die meer gebruikt worden krijgen een groter stukje, en als twee vingers vastgeplakt worden zodat ze altijd samen bewegen gaan ze hetzelfde stukje hersenschors delen. In 1995 werd een gelijkaardig fenomeen gedemonstreerd bij mensen: Muzikanten die een snaarinstrument bespelen hebben een groter stuk van de hersenschors dat instaat voor de besturing van de hand die de snaren indrukt.

 

Hoe goed zijn lezing ook in elkaar zat, Professor Merzenich is geen onbevooroordeeld spreker over dit onderwerp. Hij is momenteel betrokken bij enkele bedrijven die trachten winst te maken door het verkopen van software ter bevordering van lezen bij kinderen met leesmoeilijkheden en gelijkaardige concepten (o.a. revalidatie na hersenbeschadiging). Het succes van zulke software staat erg ter discussie (zie bv. http://en.wikipedia.org/wiki/Fast_ForWord). Merzenich ging dan ook soms kort door de bocht gedurende zijn lezing, zoals wanneer hij de effecten van leren té ver dreef. Hij suggereerde bijvoorbeeld dat sommige neurodegeneratieve ziektes (ziektes als Alzheimer en Parkinson) zouden te wijten zijn aan het onder-gebruiken van de leer-capaciteiten van onze hersenen. Nu is het zo dat het actief gebruiken van je hersenen je beter kan wapenen in de eerste stadia van zulke ziektes, maar de ziektes zelf zijn niet te voorkomen door je hersenen anders of meer te gaan gebruiken. Ondanks alle aangeprezen wondermiddeltjes zoals de “Brain Training” op Nintendo. Spijtig, maar helaas. 

Dit neemt niet weg dat leren en training verregaande effecten kunnen hebben op de structuur en functie van onze hersenen. Nog een mooi voorbeeld komt van onderzoek bij knaagdieren dat uitwees dat de invoering van kooi-verrijking leidde tot een sterke stijging van het aantal verbindingen tussen hersencellen, wat dan weer de verwerkingscapaciteit van onze hersenen ten goede komt. De vraag is nu: hoever geraak je met training? Bijvoorbeeld, heeft het zin om een kind af te raden om een bepaalde hobby te doen als het op het eerste gezicht niet veel talent heeft in deze hobby en meer in een andere? Intuïtief zullen de meesten zeggen: Als het kind beide hobby’s even graag doet, is het logisch om voor de hobby te kiezen waar het kind het beste in is. Maar dan veronderstellen we dat deze initiële schatting van talent een goede predictor is voor het uiteindelijk succes dat iemand kan hebben na vele uren training. En daar is gek genoeg weinig evidentie voor. Dat werd me toch verteld door Professor Ralf Krampe, een ontwikkelingspsycholoog werkend aan de Katholieke Universiteit Leuven. Vanuit zijn jarenlange expertise op het gebied van trainings-effecten is hij zelfs tot het geloof gekomen dat training er zo veel toe doet dat elk mens tot op absoluut topniveau kan komen als hij/zij maar genoeg traint. 

Dit geloof is niet zo uitzonderlijk bij psychologen. In de eerste helft van de vorige eeuw was er zelfs een hele stroming in de psychologie die er van uitging dat de mens een “tabula rasa” is: het behaviorisme. Het meest bekende voorbeeld is een uitdagend bedoelde uitspraak van John Watson, die het volgende zei (vrij vertaald uit het Engels): “Geef me een dozijn gezonde en normale kinderen, en mijn eigen wereld om ze in op te voeden, en ik garandeer dat ik er willekeurig één kan uitkiezen en hem kan trainen tot eender welke specialist naar mijn keuze: dokter, advocaat, kunstenaar, handelaar, en zelfs bedelaar en dief, wat ook zijn talenten, karakter, en afkomst moge zijn.”

EEN LEREND BREIN KRIJG JE NIET VOOR NIETS 

De huidige positie, zoals die bijvoorbeeld ingenomen wordt door Ralf Krampe, is heel wat genuanceerder. Het idee is dat ditzelfde eindresultaat in principe mogelijk is áls de trainingsprocedure optimaal is, en dit op alle vlakken: niet alleen de aangeboden leerstof, maar ook de motivatie, de duur, etc. En aangezien de manier van kennis-aanbieding, motivatie, en de geleverde inspanning meestal onvoldoende is om een écht optimale training te verkrijgen, zal dit eindresultaat dus ook zelden bereikt worden.

 

Nu sta ikzelf nogal skeptisch tegenover een al te groot optimisme over hoe maakbaar de mens is. Allereerst zitten de hersenen op een bepaalde manier in elkaar, en dat schept een aantal beperkingen die je niet kunt vermijden, hoogstens omzeilen. Een mooi voorbeeld is het gegeven dat we maar een beperkt aantal items actief in ons geheugen kunnen beschikbaar houden, zoals wanneer ik je een aantal cijfers opnoem en je vraag die te herhalen. Via training kun je deze beperking omzeilen door de cijfers te gaan samenvoegen in betekenisvolle gehelen. Bijvoorbeeld, de sekwentie 149 214 18 is al relatief lang om zomaar te herhalen, maar dat wordt al heel wat simpeler als je het onthoudt als het jaar waarin Columbus Amerika ‘ontdekte’, gevolgd door het begin- en eind-jaar van de eerste wereldoorlog. De beperking van het actieve werkgeheugen is er nog steeds, maar ze werd zeer handig omzeild. 

Bovendien is er toch wel heel wat evidentie over de effecten van aangeboren eigenschappen zoals intelligentie. Dit is erg duidelijk bij extremen in de distributie, bv. bij het Down-syndroom (mongolisme). Maar ook in de algemene populatie zijn er vele eigenschappen met een aangeboren component. Ooit had ikzelf de neiging om zulke effecten als deels reversibel te zien toen ik vol goede bedoelingen aan de opvoeding van mijn kinderen begon, maar de ervaring heeft me toch wel de beperkingen laten inzien. Kinderen hebben een aanleg, een karakter, en je kunt daar in de opvoeding mee om gaan, maar het is verduiveld moeilijk, zo niet onmogelijk, om die aanleg en dat karakter volledig om te buigen (zo je dat al zou willen doen). Maar het kan natuurlijk ook aan mijn beperkingen als opvoeder liggen! 

Maar zelfs gegeven deze moeilijk te ontkennen effecten van aanleg en talent, blijft het zo dat een doorgedreven training méér effect heeft dan talent alleen. Een vrouw met het talent van Kim Clijsters maar die slechts 10 keer op een tennisplein gestaan heeft, zal meteen weggespeeld worden door een vrouw met een middelmatig talent die jarenlang elke dag getraind heeft. Uiteindelijk is het fantastisch wat we met training kunnen bereiken, ook al kost het veel moeite, en zal het niet alle effecten van talent wegwerken. Vandaar dat mijn skepticisme misschien wel zeer belangrijk is op academisch niveau, maar minder in de praktijk. 

Het volgende voorval is wat dat betreft verhelderend. Bij mijn terugreis vanuit Amsterdam werd ik in het treinstation aangesproken door een vrouw van middelbare leeftijd die er niet in slaagde om via de elektronische betaalmachines aan een vervoerbewijs te geraken. Aangezien ik toch nog twintig minuten moest wachten op mijn trein ben ik er samen met haar aan begonnen, en na enkele minuten had ze een bewijs (gelukkig voor mijn eergevoel, want ervaring met de Nederlandse machines had ik nog niet). Achteraf deed ze haar beklag dat het toch wel ongelooflijk is dat men verwacht dat mensen van haar generatie dit nog zouden moeten leren. In mijn reactie zei ik haar dat ze zichzelf niet zo mocht onderschatten, dat ze het samen met mij had uitgezocht, en dat ze het waarschijnlijk binnen de twee weken sneller zou kunnen als ik als ze het elke dag zo eens zou proberen. Als ik die vrouw was beginnen vertellen dat training natuurlijk niet alles vermag en blablabla, dan was ze er alleen maar negatiever door geworden. Maar een positief en motiverend verhaal zal haar misschien overhalen om er iets mee aan te vangen, en zou dat niet fantastisch zijn? Dus ook al blijf ik bij mijn skepticisme over het soms al te grote optimisme over hoe opvoeding, leren, en training alles kunnen oplossen, je zult er mij niet op betrappen als het er op aan komt om mensen te motiveren er toch maar voor te gaan. Lang leve levenslang leren!  

Achtergrond-literatuur 

Elbert, Pantev, Wienbruch, Rockstroh, & Taub (1995). Increased cortical representation of the fingers of the left hand in string players. Science, 270, 305–307. 

Ericsson, Krampe, & Tesch-Römer (1993). The role of deliberate practice in the acquisition of expert performance. Psychological Review, 100, 363-406. 

Pascual-Leone, Amedi, Fregni, & Merabet (2005). The plastic human brain cortex. Annual Review of Neuroscience, 28, 377-401. 

Sitskoorn, M. (2006). Het maakbare brein. Uitgeverij Bert Bakker.

 

Geschreven in Algemeen | 1 Reacties | Vaste link | Afdrukken

09. November 2008, 10:36

De jongste maanden is de crisis binnen de financiële wereld niet uit het nieuws geweest. Deze crisis belangt ons allen aan, van de meest roekeloze belegger op de beurs tot de meest conservatieve spaarder met al zijn of haar geld op een traditioneel spaarboekje. Redenen genoeg voor kopzorgen! Enkele weken terug zaten zo vele mensen met de volgende vragen: Moet ik mijn Fortis-aandelen verkopen met verlies, of ze toch nog eventjes bijhouden in de hoop op betere tijden? Zou ik mijn zuur verdiende spaarcentjes laten staan op mijn Fortis-spaarrekening van het geteisterde Fortis of ze snel overzetten naar een andere bank. Of verbergen in een sok onder mijn matras? Ooit afgevraagd hoe je brein omgaat met zulke situaties?  

De twee vermelde vragen hebben enkele gemeenschappelijke eigenschappen. Ten eerste, er moet een beslissing genomen worden in een situatie met veel onzekerheid. Ten tweede, een deel van de onzekerheid is sociaal van aard, en is te wijten aan de onvoorspelbare handelingen van andere mensen. Toekomstige aandeelkoersen hangen af van vraag-en-aanbod door anderen. Of ik mijn spaargeld nog terugzie (of hoe snel ik het terugzie, in geval er een staatswaarborg is) hangt deels af van hoeveel andere mensen hun geld plots gaan afhalen. Als te veel mensen dit doen, gaat de bank mogelijk failliet. Ten derde, beide situaties hebben veel weg van een dilemma: misschien is het voor mezelf het beste om eieren voor mijn geld te kiezen (aandelen verkopen, spaarcentjes overzetten), maar als iedereen dit doet dan zitten we allemaal met de gebakken peren.

In de loop der jaren is er heel wat wetenschappelijk onderzoek verricht naar het gedrag van mensen bij zulke sociale dilemma’s of valkuilen. Lang geleden gingen economen er van uit dat mensen in zulke situaties rationeel handelen, en die strategie kiezen die hun verwachte winst maximaliseert. Bevindingen uit de psychologie leidden recenter echter tot het inzicht dat mensen niet altijd een secure inschatting van de situatie maken. Daardoor komen ze vaak bedroevend irrationeel uit de hoek: Ze gebruiken allerlei binnenwegen (heuristieken) die vaak werken (maar niet altijd), en ze laten zich leiden door emoties en voorkeuren (die irrelevant zijn, althans vanuit rationeel oogpunt). De succesvolle toepassing van deze inzichten binnen de economische wetenschappen leidde enkele jaren geleden tot het toekennen van de nobelprijs economie aan psycholoog Daniel Kahneman. Sindsdien is de aanwezigheid van psychologen binnen departementen economie geen uitzondering meer.

ALLERGISCH VOOR VERLIES
Een klassiek voorbeeld is het fenomeen van verlies-aversie: mensen kunnen er niet tegen iets te verliezen. In laboratorium-experimenten wordt dit fenomeen zichtbaar als mensen de kans krijgen om een gokje te wagen met een fifty/fifty kans om 150 euro te winnen of 100 euro te verliezen. Een meerderheid zal liever niet gokken, ook al is in principe de mogelijke winst groter dan het mogelijk verlies. We verkiezen de zekerheid van noch te winnen noch te verliezen. Een gelijkaardig fenomeen doet zich voor bij de belegger die zijn aandelen blijft houden, ook al weet hij/zij dat de kans klein is dat het ooit nog goed komt. De gedachte dat diezelfde aandelen maanden of een jaar geleden zoveel meer waard waren maakt het o zo moeilijk om er afstand van te doen aan een veel lagere prijs.

Het vaststellen van zulke fenomenen is een belangrijke eerste stap, vraag is natuurlijk wat er zich in ons hoofd afspeelt zodat zulke fenomenen optreden. In recente jaren is er een grote opgang geweest van studies die met behulp van hersenscans nagingen welke hersengebieden actief zijn in zulke situaties. Dit is het actie-terrein van sociale neurowetenschappers en neuro-economen. Om bij het voorbeeld van verlies-aversie te blijven: als een situatie zo onzeker is dat er een grote kans is op verlies, dan blijkt dit volgens zulke studies gepaard te gaan met activatie van hersengebieden zoals de amygdala en orbitofrontale cortex. Vele jaren van neurowetenschappelijk onderzoek heeft ons geleerd dat deze hersengebieden een centrale rol spelen bij het verwerken van angst en andere emoties, dus dit patroon van activatie bij een kans op verlies suggereert dat allerlei emoties mensen er van weerhouden om de meest rationele keuze te maken die hun winst zou maximaliseren. Verdere experimenten suggereerden dat patiënten met letsels in deze hersengebieden zich heel anders gedroegen. Zulke letsels leiden in de regel tot ernstige problemen, maar in situaties waarbij gezonde mensen verlies-aversie vertonen maakten deze patiënten betere keuzes dan mensen zonder letsels.

Een andere illustratie is de neiging van mensen om vaak voor het snelle gewin te kiezen. Dit is een probleem in vele situaties, zoals politici én kiezers die op korte termijn denken tot aan de volgende verkiezing, of de moeilijkheid om bij onze huidige levensstijl rekening te houden met onze veel te grote “ecologische voetafdruk” en de mogelijke gevolgen voor toekomstige generaties. Ook in de huidige economische crisis is dit probleem al vaak aan bod gekomen, zoals in de frequente kritiek op hoe het bonus-systeem van CEO’s van banken en andere bedrijven snel en kortetermijngeldgewin beloont in plaats van langetermijndenken. Studies met hersenscans suggereren dat de keuze tussen een onmiddellijke, vrij kleine beloning en een uitgestelde, maar grotere beloning tot heel wat getouwtrek leidt in onze hersenen: Er blijken twee verschillende hersensystemen betrokken te zijn waarvan de respectievelijke activatie de beslisser in een tegengestelde richting duwt.

RATTEN MOETEN KIEZEN
Zulke hersenscans vertellen ons natuurlijk nog niet hoe deze processen geïmplementeerd zijn in de geactiveerde hersengebieden. De interpretatie van deze scans is in sterke mate gebaseerd op informatie vanuit vele experimenten met andere methoden bij proefdieren. Deze dierexperimenten zijn noodzakelijk om te achterhalen wat de hersencellen in de geactiveerde hersengebieden doen. Een aantal studies hebben bijvoorbeeld ingezoomd op de eigenschappen van hersencellen in de mediale prefrontale cortex (anterieure cingulate cortex). De hoeveelheid elektrische pulsen (‘actiepotentialen’) afgevuurd door deze hersencellen blijkt gevoelig voor allerlei factoren die van belang zijn om verscheidene acties tegen elkaar af te wegen, zoals of acties leiden tot positieve of negatieve gevolgen en of daarom bepaalde acties het wel of niet waard zijn om uit te voeren.

Een studie bij ratten van enkele jaren geleden was hiervoor erg verhelderend. De dieren kregen de keuze tussen een gemakkelijk te bereiken maar kleine beloning en een grotere beloning die verborgen lag achter een te beklimmen hindernis. Gezonde dieren kozen voor de uitgestelde grotere beloning en begonnen aan het klimwerk. Dieren met een letsel in de mediale prefrontale cortex deden dit niet, en kozen voor de gemakkelijke weg die tot een snelle maar ook kleine beloning leidde. De onderzoekers controleerden dat dit niets te maken had met motorische problemen, maar wel met een onkunde om nog langer de verwachte grootte van beloning en de te doene inspanning tegen elkaar te kunnen afwegen. De lezer zal meteen vele parallellen kunnen trekken met de menselijke wereld van vandaag.

Natuurlijk zijn mensen heel wat andere wezens dan ratten. Onze prefrontale cortex is bijvoorbeeld vele malen groter dan die van een rat, en we zijn dan ook in staat om veel complexere overwegingen te maken bij het nemen van beslissingen, daarbij rekening houdend met factoren als sociaal gedrag, financiële status, economische conjunctuur, etc. Maar zelfs deze heel complexe beslissingen bestaan uit meer basale processen die ook voorkomen bij andere dieren. En het zijn net deze overeenkomsten die in grote mate verantwoordelijk zijn voor de irrationaliteit van ons gedrag, op de beurs en daar buiten.


Achtergrond-literatuur:

Cassidy (2006). Mind games: What neuroeconomics tells us about money and the brain. Annals of Economics. (http://www.newyorker.com/archive/2006/09/18/060918fa_fact)

Hsu et al. (2005). Neural systems responding to degrees of uncertainty in human decision-making. Science.

Rushworth et al. (2004). Action sets and decisions in the medial frontal cortex. Trends in Cognitive Sciences.

Walton et al. (2002). The role of rat medial frontal cortex in effort-based decision making. Journal of Neuroscience.

Geschreven in Algemeen | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken

14. Oktober 2008, 09:35

Onlangs zijn er in twee belangrijke neurowetenschappelijke tijdschriften overzichten gepubliceerd met het voorstel dat hersenwetenschappen en cognitieve wetenschap nog veel kunnen leren van de trucs en kennis van goochelaars, illusionisten, en magiërs (Macknik et al., 2008; Kuhn et al., 2008).

Toch een beetje gek dat hooggeleerde wetenschappers plots hun secuur opgebouwde theorieën en tonnen empirische gegevens overboord gooien om inspiratie te halen bij mensen die hun beroep gemaakt hebben van een bezigheid die toch wel dicht bij bedrog komt. Ook al is het dan bedrog zonder kwade bijbedoelingen.

Eén artikel kwam uit in het zeer gezaghebbende tijdschrift Nature Reviews Neuroscience, met twee Amerikaanse wetenschappers als eerste en laatste auteur, maar daarbij ook verschillende illusionisten, met o.a. tot de verbeelding sprekende namen als The Great Tomsoni, Mac King, James Randi, en Apollo Robbins. Die laatste is een professionele dief uit Las Vegas. Een dief als auteur in een wetenschappelijk top-tijdschrift, dat is wel een precedent van formaat.

Nu bestaan hersenwetenschappen en psychologie elk al meer dan een eeuw als officiële wetenschappen. In al die jaren zijn er gedetailleerde hersenkaarten ontwikkeld met behulp van geavanceerde meet- en visualisatie-apparatuur, evenals gedetailleerde modellen van hoe de menselijke geest in elkaar zit. Deze methodologie is eigen aan de wetenschappen, maar de onderwerpen waren ook daarvoor al aan de orde. Onderzoek naar het geheugen is bijvoorbeeld een centraal thema binnen de hersenwetenschappen, maar ook de oude Grieken (bv. Aristoteles) vroegen zich al af hoe het geheugen in elkaar zit. Alleen waren hun methoden niet wetenschappelijk naar hedendaagse normen. Magie en goocheltrucs bestaan ook al veel langer dan de moderne wetenschappen. Ook hier zijn de technieken eerder gebaseerd op intuïtie. Waarom suggereren vooraanstaande wetenschappers en tijdschriften dan dat wetenschappers in de moderne tijd, na zo veel jaren van data-verzameling en theorie-ontwikkeling, toch nog iets kunnen leren van deze eeuwenoude traditie?

 

HERSENEN ALS ILLUSIONISTEN

Dit wordt pas begrijpelijk als we een nadere blik werpen op de huidige wetenschappelijke inzichten in hoe de hersenen en de geest werken. Want wat blijkt? Onze hersenen bedriegen ons nog veel meer dan de beste illusionisten. En eigenlijk doet een illusionist meestal niets anders dan gebruik maken van die eigenschap van ons brein. Met daar dan natuurlijk de nodige show rond. Dit wordt mooi geïllustreerd door de vele visuele illusies die ontdekt zijn door wetenschappers en kunstenaars.

Hieronder is een erg eenvoudig voorbeeld. Kijk gedurende een halve minuut (niet minder!) recht naar de rode rechthoek, en daarna naar de witte ruimte rechts van de rechthoek. Je zou een blauw-achtige rechthoek moeten zien, die bovendien meespringt afhankelijk van waar je naar kijkt. Deze rechthoek is er niet in de fysische wereld, het is dus een illusie.

Een al even eenvoudige illusie, het bijhouden van zicht tussen opeenvolgende beelden, ligt aan de basis van een truc van de Great Tomsoni. Een illustratie van deze illusie is dat bewegende beelden in oude cartoon-films gepercipieerd worden als een geleidelijke beweging terwijl er eigenlijk een sekwentie van statische beelden gepresenteerd worden. Er zijn cellen in onze hersenen die zowel het aan- als uitgaan van zulke “snapshot” beelden opmerken, maar deze signalen worden zo verwerkt dat we uiteindelijk enkel een geleidelijke beweging waarnemen. Onze waarneming is dus stabieler dan de visuele input die in het oog binnenkomt.

Deze illusie wordt gebruikt in de “gekleurde jurk truc” van de Great Tomsoni. In deze truc begint de illusionist met de verklaring dat hij de jurk van zijn assistente van wit naar rood kan veranderen (even terzijde, zulk een gave zou heel wat plaats vrijmaken in onze kleerkasten). Eerst doet hij dit op een triviale manier: hij verandert de kleur van de belichting van wit naar rood. Tja, reageert het publiek, dat kunnen we ook. Maar dan doet de illusionist het rode licht uit en het witte licht terug aan, en plots heeft de assistente echt een rode jurk aan. Verbijstering alom. Hoe werkt dit nu? Tussen het uitgaan van het rode licht en het aangaan van het witte licht was er een onopvallend duister tijdsinterval gedurende het welk het publiek een positief na-beeld van de rood-lijkende witte jurk ervaarde. Dit tijdsinterval was net lang genoeg om de witte jurk onopvallend te verwijderen. Als het witte licht aangaat ziet het publiek de rode jurk die de assistente al de hele tijd droeg onder de witte jurk. Zonder de visuele illusie, waarvoor de illusionist de juiste voorwaarde creëert maar die eigenlijk ontstaat in ons brein, had het publiek de truc gemakkelijk kunnen doorzien.

 

BLIND VOOR VERANDERING
Nog meer maken illusionisten gebruik van “cognitieve” illusies. Dit zijn illusies die te maken hebben met verwachtingspatronen en aandachtsprocessen bij het publiek. Systematisch gedragsonderzoek door cognitieve wetenschappers heeft aangetoond dat we veel minder bijhouden van onze visuele omgeving dan we zelf denken. Enkel die elementen waar we aandacht aan schenken worden fatsoenlijk verwerkt, en dat is maar een zeer beperkt stuk van de visuele input. Als we twee verschillende foto’s van een scène na elkaar laten verschijnen met een kort interval ertussen, dan zijn er verbazingwekkend veel veranderingen die we niet opmerken. In de wetenschappelijke literatuur wordt dit fenomeen “change blindness” genoemd. Een andere leuke illustratie van onze beperking om de visuele input in zijn geheel te vatten, is deze video. Tel bij het bekijken van deze video hoeveel keer de bal van de ploeg met de witte shirts van persoon verandert, en doe dit vooraleer verder te lezen.

 

Uit onderzoek blijkt dat minder dan de helft van de kijkers niet opmerkt dat er tijdens de video en het tellen iets passeert dat niet echt in de scène past: een gorilla. Als we zelfs zulke duidelijke fenomenen kunnen missen, dan wordt het plots al aannemelijker dat een goede goochelaar een kleine beweging met bijvoorbeeld zijn hand ‘onzichtbaar’ kan maken door onze aandacht op iets anders te richten.

 

Dus, wat blijkt? Bij een goede goocheltruc spannen de goochelaar en onze hersenen samen om ons op het verkeerde been te zetten. Het is dan ook niet zo verwonderlijk dat een samenwerking tussen goochelaars en hersenwetenschappers ontstaat, een samenwerking die voor beide partijen nieuwe inzichten kan bieden. En gelukkig zijn de omstandigheden die door de goochelaar gecreëerd worden uitzonderlijk: in het “dagelijkse leven” zijn onze hersenen in staat om onze aandacht te richten op die dingen die belangrijk zijn – onze hersenen zijn dan ook in een zeer lange evolutie getest op hun nut voor onze overlevingskansen. Wie weet had ons brein wel helemaal anders gefunctioneerd als onze natuurlijke vijanden wat meer verstand hadden gehad van de goochelkunsten!

Eos-journalist Reinout Verbeke vertelde over deze blogpost op Radio Nostalgie. Beluister het fragment hier.

 

Referenties:

 

Macknick, S. L., King, M., Randi, J., Robbins, A., Teller, Thompson, J., & Martinez-Conde, S. (2008). Attention and awareness in stage magic: Turning tricks into research. Nature Reviews Neuroscience, online beschikbaar sinds 30 juli.

Kuhn, G., Amlani, A. A., & Rensink, R. A. (2008). Towards a science of magic. Trends in Cognitive Sciences, online beschikbaar sinds 5 augustus.

Geschreven in Algemeen | 4 Reacties | Vaste link | Afdrukken