Wat is denken?

Denken hang sterk af van communicatie tussen hersengebieden

We zijn uitgebreid bekend met de denkstoornissen die mensen ervaren bij dementie, omdat we dit ‘aan de buitenkant’ kunnen observeren in het dagelijks leven en met specifieke neuropsychologische tests. Aan de andere kant is er inmiddels veel gedetailleerde kennis over hersenschade bij allerlei vormen van dementie, verkregen door hersenscans en weefselonderzoek. Zo weten we welke hersencellen en -gebieden extra vatbaar zijn voor schade, en hoe de schade zich geleidelijk verspreid door het brein. Alleen, hersenschade is niet hetzelfde als afwijkende hersenfunctie; hoe veroorzaken hersencellen die kapotgaan verstoorde hersenfuncties en -bijvoorbeeld- geheugenklachten?

Om hier een antwoord op te vinden moeten we weten wat er in de hersenen gebeurt als we nadenken. Bij veel van onze denkprocessen zijn gespecialiseerde gebieden betrokken, maar minstens zo belangrijk is een efficiënte samenwerking tussen deze gebieden. Bijvoorbeeld: voor het herkennen van iemands gezicht en het vinden van de bijpassende naam heb je onder andere visuele, geheugen-, en taalgebieden nodig. Hoe de samenwerking tussen gebieden gecoördineerd wordt snappen we nog niet precies, maar we weten wel dat hersencellen met elkaar communiceren door hun activiteit op elkaar af te stemmen. Min of meer zoals een radio die je moet afstemmen op een bepaalde golflengte om een zender helder te ontvangen. Als dit om wat voor reden dan ook verstoord raakt, komt de boodschap niet meer aan, en kun je bijvoorbeeld een gezicht niet meer koppelen aan een naam, of niet meer begrijpen wat je met een schaar kunt doen.

Communicatie tussen hersengebieden raakt verstoord bij dementie

Kunnen we dan aan hersenactiviteit meteen zien waar iemand last van heeft? Nee, er is veel vooruitgang geboekt in de afgelopen eeuw, maar zover zijn we nog niet. Het meten van hersenactiviteit in levende mensen -op een manier die niet te belastend is- is technisch een enorme uitdaging. De hersenen bevatten miljoenen continu actieve cellen, die complex geschakeld zijn, en we kunnen dit alleen van buiten het hoofd op vrij grove schaal opvangen. Een ruisende radio. Bovendien, ook als je deze wirwar aan activiteit nauwkeurig kunt meten, wil dat nog niet zeggen dat je begrijpt wat je meet. Het radiosignaal kan helder zijn, maar begrijp je de taal die wordt gesproken?

Op dit moment begrijpen we de taal van de hersenen nog onvolledig, maar dat wil niet zeggen dat we niks met het signaal kunnen; ook het beschrijven van ‘grove’ veranderingen is nuttig. Zo weten we inmiddels dat bij dementie hersenactiviteit geleidelijk vertraagt, en dat dit gerelateerd is aan het stadium van de ziekte. Dit gegeven helpt al om vormen van dementie te diagnosticeren of juist onwaarschijnlijk te maken, en wordt hiervoor in de praktijk ook gebruikt. En door deze veranderingen nader te bestuderen, hopen we ook de taal van de hersenen steeds beter te gaan begrijpen.

Figuur 2. Effecten van de ziekte van Alzheimer op verschillende schalen. Het amyloid eiwit slaat neer in de hersenen, en richt schade aan bij naburige hersencellen. Zij verliezen daardoor hun flexibiliteit om te versnellen (excitatie) of vertragen (inhibitie) wanneer nodig, en kunnen daardoor niet meer hun vuurritmes op elkaar afstemmen, en niet meer effectief samenwerken. Dit leidt uiteindelijk tot communicatieproblemen tussen hele hersengebieden, bijvoorbeeld betrokken bij het geheugen.

Nieuwe ontwikkelingen in het begrijpen van hersenfunctie

Het spannende is ook dat de analysetechnieken gaandeweg beter worden: met nieuwe instrumenten kunnen we hersenactiviteit uit steeds kleinere gebieden (millimeters; nog steeds vele duizenden hersencellen) opvangen, en per milliseconde afbeelden (zie figuur 3). Ook kunnen we op deze ogenschijnlijk chaotische brei berekeningen toepassen waardoor we zien welke gebieden met elkaar communiceren. Bijvoorbeeld door naar een aantal seconden hersenactiviteit te kijken, en dan daar gemiddelde verbindingssterktes in te berekenen. Deze ‘gemiddelde’ communicatie blijkt ook gerelateerd aan dementie: zij wordt niet alleen trager en zwakker, maar ook omslachtiger, en sommige gebieden zijn extra kwetsbaar. Maar dit zijn gemiddelden over seconden, terwijl onze denkprocessen in fracties daarvan verlopen.

Het is een beetje als een samenvatting van een voetbalwedstrijd in 3 seconden, niet erg spannend. De allernieuwste ontwikkelingen laten zien dat je ook snelle, kortdurende verbindingen kunt beschrijven, en dan krijg je een soort film van razendsnel gevormde en opgeheven samenwerkingsverbanden in het brein. Die we hopelijk dan steeds beter kunnen gaan verbinden met specifieke situaties, zoals het wel of niet kunnen herkennen van een gezicht.

Om echt vat te krijgen op het verband tussen deze patronen en ons denken is nog wel veel vervolgonderzoek nodig. Met enkele collega’s heb ik recent een stuk over dit onderwerp geschreven, waarin we pleiten voor een grotere rol van neurofysiologie binnen het dementieonderzoek, omdat het de beste kandidaat is om hersenschade en denkstoornissen te verbinden¹. Is dit ook van praktisch belang voor de dementie patiënt? Jazeker, want als je verstoorde hersenfunctie beter begrijpt kun je a) de effecten van een behandeling beter meten, b) beter individuele ziekte(beloop) voorspellen, en c) mogelijk nieuwe, effectievere en meer persoonlijke behandelmogelijkheden vinden (zoals de soms zeer spectaculaire resultaten van diepe hersenstimulatie bij de ziekte van Parkinson of depressie).