Les 4 Groeien brein

Ik kan me nog goed herinneren dat ik in mijn studententijd naast studeren ook graag video spelletjes mocht spelen. Een hiervan was Tomb Raider met Lara Croft. Tomb Raider is een avontuurspel waarin je uitgedaagd wordt om puzzels op te lossen. In dit spel is het de uitdaging om effectief door levels heen te lopen en bepaalde (motorische) skills te ontwikkelen. Creativiteit en vindingrijkheid om sleutels en geheime doorgangen te vinden zijn van cruciaal belang. Na een tijdje spelen kon ik helemaal vast lopen en geen oplossing meer zien of vinden.

De verleiding om lang door te gamen tot diep in de nacht was altijd groot en dat deed ik dan ook graag. “Slapen kon altijd nog”, immers, ik was nog jong. Maar er kwam een punt in mijn leven dat ik door kreeg dat slaap voor mijn creativiteit en cognitie juist heel veel kon betekenen.

Op een dag dat ik lang had gegamed en kapot was van de moeheid leek het wel alsof het spel gehackt was, dat er een bug in het spel zat. Ik zat helemaal vast in het spel, niets lukte meer, ik kon gewoon geen oplossing of mogelijkheid meer vinden, was voor mijn gevoel overal in het spel geweest en ik had alles geprobeerd. Uitgeput ben ik gaat slapen. Na 10 uur lang goed geslapen te hebben, werd ik fris wakker. Vol energie en een positief humeur besloot ik de joystick weer op te pakken en me aan het spel te wagen. Als door een wonder vond ik alles wat ik nodig had. Ik leek 10x slimmer, creatiever en handiger. Met helicopterview werkte ik me door de levels heen. Kennelijk had de nacht van diepe slaap iets wonderbaarlijks met me gedaan en mijn intelligentie, focus en creativiteit vertienvoudigd. Als gevolg daarvan leken levels die ik voorheen niet kon voltooien, nu veel gemakkelijker

Op de universiteit legde mijn professor neurofysiologie uit hoe je hersenen zich ontwikkelen als je leert en slaapt. De hele dag door, als je leest, schrijft, denkt of beweegt – d.w.z. telkens als je ziet, hoort, voelt of beweegt – communiceren je neuronen (hersencellen) met elkaar. Ze praten met elkaar en maken verbindingen. Je hersenen groeien in netwerken! Dit proces noemen we neuroplasticiteit.

Neuroplasticiteit
In de hersenen maken we dus verbindingen en leggen we netwerken aan. Dit is, wat we noemen, geheugen. Hoe dit fysiologisch in elkaar steekt is complex. Hieronder volgt een vereenvoudigde beschrijving ervan.

Hersencellen genaamd neuronen maken verbindingen en communiceren met elkaar in neuronale netwerken. Het feit dat hersengebieden met elkaar communiceren maakt dat je als mens kunt functioneren, ervaringen kunt beleven en verbanden kunt leggen. Hoeveel en hoe snel iemand bepaalde verbanden kan leggen bepaalt in zekere mate de intelligentie. Neuronale netwerken kunnen uitbreiden of juist afnemen. Zo had Einstein meer neuronale connecties waaronder een uitgebreide voorkant van zijn brein, de prefrontale cortex. Dit lag bij hem mogelijk ten grondslag aan enkele van zijn buitengewone cognitieve vaardigheden, waaronder zijn productieve gebruik van gedachte-experimenten. Sommige wetenschappers geloven dat de ongebruikelijke pariëtale kwabben kunnen hebben bijgedragen aan Einsteins superieure visuospatiële en wiskundige vaardigheden. Interessant aan zijn brein is dat het gemiddeld van grootte was, bepaalde delen beter en andere juist minder goed ontwikkeld bleken. Kortom het soort van connecties is bepalend voor hoe het brein functioneert. [Dean Falk 2013 Einsteins Brain]

De eerste laag van geheugen wordt meegegeven als genetische basis door en van de ouders, het voorgeslacht. Vanaf de geboorte geldt dan het ‘use it or loose it’ principe. Het leven start met een proces dat we ‘pruning’ noemen.

Het brein bestaat uit ongeveer 86 miljard neuronen, ofwel hersencellen. Deze zijn instaat om met elkaar te verbinden, netwerken te vormen en te communiceren. De verbindingen tussen cellen, synapsen genoemd, worden versterkt of verzwakt, afhankelijk van de behoefte. Daar waar de behoefte het grootste is kunnen ook complete cellen worden bijgebouwd. Taxi chauffeurs in London stonden er vroeger om bekend dat hun hippocampus groter was dan gemiddeld. Dit komt omdat zij de gehele stad met alle wegen uit hun hoofd moesten leren om het beroep uit te mogen oefenen. Wat er in het brein gebeurt als we leren, zijn processen genaamd ‘lange termijn-potentiëring’ (LTP) waarmee we geheugen aanmaken en LTD (depression) wat maakt dat we kunnen vergeten. We spreken ook wel van het principe ‘use it’(LTP) en ‘loose it’ (LTD).

De eenvoudigste manier om dit uit te leggen is de theorie van Hebb (D.O. Hebb: The Organization of Behavior, Wiley: New York; 1949). Op het moment dat een hersencel van twee kanten signalen binnen krijgt die precies tegelijk aankomen (of een intensieve puls van een bepaald protocol vanuit één kant) dan ziet de cel dit als belangrijk. De receptoren die in de celwand zitten (waar signaalstoffen mee doorgegeven worden en die daarmee leiden tot communicatie tussen de cellen) kunnen vermeerderen (korte termijn LTP). En als dit proces anders loopt kunnen er receptoren verdwijnen uit de celwand (LTD). Het komt er op neer dat bij meer receptoren de cel gevoeliger is voor signalen, het reageert sterker op eenzelfde hoeveelheid signaal/prikkels. We spreken dan van een leerproces. Als dit proces aanhoudt kan het zelfs zo zijn dat er meerdere neuronen ontstaan (LTP). Zowel bij korte als lange termijn LTP is een netwerk versterkt [Malenka, Bear 2004]. Verbanden zullen sneller en makkelijker gelegd worden in die gedeeltes van de hersenen waar dit proces heeft plaats gevonden. Iemand heeft dan geheugen aangemaakt. 

Het interessante is dat datgene wat je gedaan hebt overdag en waar je focus op hebt gelegd, ’s nachts verder wordt versterkt. We noemen dit ‘neurons that fire together, wire together’. [Donald Hebb 1949] Ofwel cellen die met elkaar praten worden maten. Onthoud dit: overdag train en studeer je maar ‘s nacht implementeer en leer je [Gina R. Poe 2014].

Computers, algoritmes versus het brein
Kunstmatige intelligentie heeft bovenmenselijke prestaties bereikt, zoals rekensnelheid, maar ze falen in één belangrijk aspect: wanneer kunstmatige neurale netwerken stapsgewijs leren, overschrijft nieuwe informatie eerdere informatie, een fenomeen dat ‘catastrofaal vergeten’ wordt genoemd.

“Het menselijk brein daarentegen leert voortdurend en integreert nieuwe gegevens in bestaande kennis,” aldus Bazhenov, “en het leert doorgaans het best wanneer nieuwe training wordt afgewisseld met perioden van slaap voor geheugenconsolidatie.” [neuroscience; Ai, rest & learning 2022]