Hoe werken de menselijke hersenen?
Hoe werken de menselijke hersenen?
Laatste update: 19-08-2024
Toen je had besloten om meer over hersenen te willen weten, en ging kijken op NPO Kennis, stond je er waarschijnlijk niet bij stil dat deze handelingen worden aangestuurd door miljarden stroompjes in je brein. Dat is niet zo gek, want ook wetenschappers zijn zich er steeds meer van bewust dat het brein niet alleen een samenspel is van ‘chemische fabriekjes’, maar ook van ‘elektriciteitscentrales’.
Redacteur: Marie-Anne Zuidhof
Hoe ziet het menselijk brein eruit?
Ons brein is een vettige massa met bulten en groeven. De anatomie van het brein is zeer complex met twee hersenhelften, vier hersenkwabben en allemaal kleinere hersengebiedjes. Samen vormen ze het grootste gedeelte van het brein en worden dan ook de ‘grote hersenen’ genoemd. Verdeeld over de twee helften zitten de frontaalkwab, de partiëtaalkwab, de temporaalkwab (slaapkwab) en de occipitaalkwab (achterhoofdskwab).
Deze kwabben zorgen er respectievelijk voor dat we kunnen plannen, horen en herinneren, ruimtelijk oriënteren en zien. Eigenlijk is er nog een vijfde kwab, waar je niet veel over hoort, maar die een belangrijke rol speelt bij pijn, emoties en verslaving; de insula. Met een MRI-scan kunnen onderzoekers, vanachter een computerscherm, hersenplakje voor hersenplakje door het brein scrollen.
In een aflevering van het Klokhuis worden hersenen gescand in een MRI-scan.
Aan de onderkant van ‘de grote hersenen’ zitten nog twee kleinere stukken van het brein, de kleine hersenen (cerebellum). Samen met de grote hersenen vormen ze het hele brein. Het cerebellum is een soort kleine perzik, die ervoor zorgt dat we gebalanceerd bewegen. Vlak daarvoor zit de hersenstam, die de grote- en kleine hersenen met het ruggenmerg verbindt.
Het brein en het ruggenmerg samen noemen we het centraal zenuwstelsel, dat zijn naam dankt aan de duizenden verbindingen tussen zenuwcellen in de hersenen en het ruggenmerg. De communicerende cellen lopen vanuit de hersenen, via het ruggenmerg naar onze ledematen. Als we bijvoorbeeld iemand een hand geven dan lijkt dat misschien een eenvoudige handeling, maar daar gaat een complexe samenwerking binnen het centraal zenuwstelsel aan vooraf, zoals in deze link is te zien.
Jeroen Geurts, hoogleraar Translationele Neurowetenschappen, laat in een brein het onderscheid tussen de grijze en witte stof zien.
Hoe communiceert het brein met ons lichaam?
Aan de kant van je linkeroog zit de linkerhelft van je brein en aan de kant van je rechteroog de rechterhelft. Samen zorgen deze twee helften ervoor dat we kunnen functioneren. Dat doen ze kruislings. Steek je linkerarm maar eens op. Dan is de rechterhelft van je brein in actie en andersom. De twee hersenhelften hebben ieder hun eigen specialisaties, waar de andere helft wel zijn steentje aan bijdraagt. Zo zit er bijvoorbeeld in het linkergedeelte de taal- en spraakfunctie en in het rechtergedeelte emoties. Omdat taal vaak samengaat met bepaalde emoties en het uiten van emotie meestal niet zonder spraak, moeten de twee hersenhelften met elkaar communiceren. De hersenbalk die tussen beide helften zit, zorgt voor deze verbinding. Bij hersenziektes, zoals een beroerte of een hersenbloeding, is de communicatie binnen en tussen hersenhelften vaak ernstig verstoord.
De samenwerking tussen het brein en het lichaam is een soort top(team)sport. Het brein moet op hoog niveau functioneren om cognitieve en uitvoerende functies zo op elkaar af te stemmen zodat het samenspel met andere lichaamsdelen goed verloopt. De hersenstam speelt hierbij een centrale rol, want die zorgt voor cruciale lichaamsfuncties, zoals de hartslag, bloeddruk, ademhaling en de lichaamstemperatuur. Soms gaat dat niet goed, bijvoorbeeld als iemand een hartstilstand krijgt. Reanimatie moet dan al na vijf of zes minuten gebeuren, als je schade of afsterven van hersenweefsel wil voorkomen. Naast hersenletsel door hart- en vaatziektes kan het brein beschadigen door diabetes type 2, een hoge bloeddruk en ziektes die de grijze en witte stof in het brein beschadigen, zoals de ziekte van Alzheimer.
Kunnen onze hersenen tegen een stootje?
Maar liefst 85 procent van de 85.000 mensen die jaarlijks naar een ziekenhuispoli gaan, heeft licht traumatisch hersenletsel. Een hersenschudding valt daar ook onder. Daar is sprake van als je op je hoofd valt of daar een klap op krijgt en kort bewusteloos bent of in de war. Dat betekent dat de hersenfuncties tijdelijk verstoord zijn en weer opnieuw moeten opstarten. Er zijn aanwijzingen dat hersengebieden daarna minder goed met elkaar communiceren, wat een nadelig effect heeft op cognitieve functies.
De schedel vangt de grootste klappen op. Het brein zit in een laagje vloeistof in de schedel, waardoor er bewegingsruimte is voor het stoten van de hersenen. Hoewel de schedel de grootste klappen opvangt, hangt het herstel van de ‘blauwe plekken’ op het brein af van de ernst van de klap en de duur van bewusteloosheid. Bij (verkeers)slachtoffers met ernstig hersenletsel is het brein niet alleen beurs, maar heeft ook beschadigingen. Patiënten kunnen dan in coma raken. Dat is een diepe, langdurige bewusteloosheid door hersenletsel. Experts pleiten dan ook steeds vaker voor het dragen van een fietshelm voor kinderen en e-bikers. Bij sporters met veel risico op hoofdletsel zijn, na jarenlang sporten, eiwitten in het brein gevonden die ook te zien zijn bij mensen met dementie. Daarom zijn er steeds meer vragen over maatregelen bij bepaalde sporten, zoals het wel of niet verplichten van een helm bij voetbal voor spelers die veel koppen of voor keepers.
Hoe zetten neurovonkjes en neurostofjes ons brein aan? En waar leven ze van?
Als iemand tegen je zegt: “Gebruik toch eens die grijze massa.” Dan bedoelt degene de buitenste laag hersencellen, de hersenschors, die zorgen voor belangrijke cognitieve functies. Daarbinnen zijn er kilometers lange banen witte stof, die bijdragen aan goede communicatie tussen de grijze hersencellen. We hebben maar liefst 86 miljard hersencellen die elektrische en chemische signalen met informatie uitwisselen. Het vrouwenbrein is misschien kleiner dan die van een man, maar heeft wel meer verbindingen. Daardoor kunnen ze beter schakelen, wat niet betekent dat ze kunnen multitasken. Uit wetenschappelijk onderzoek blijkt dat niemand dat kan.
De elektriciteit in een zenuwcel is vergelijkbaar met die in een elektrisch apparaat. Zoals een batterij een plus- en een min-zijde heeft, zijn er bij zenuwcellen ladingsverschillen aan de binnen- en buitenkant. Om te zorgen dat de zenuwcel ‘aangaat’, moet er een stroompje door. Dit proces komt vrij nauwkeurig en dat gaat niet bij iedereen goed. Dat is bijvoorbeeld het geval bij mensen met epilepsie, de vallende ziekte. Mensen die deze ziekte hebben, krijgen plotseling te veel stroompjes die continu geactiveerd zijn. Hierdoor ontstaat kortsluiting in het brein; ze krijgen dan een epileptische aanval met draaiingen, spastische en schokkerige bewegingen en de persoon raakt buiten bewustzijn.
Neil Harbisson presenteert zichzelf als cyborg, een cybernetic organism: een samensmelting van mens en machine.
In de hersenstam wordt hard gewerkt aan de neurochemie in ons brein. Daar worden neurotransmitters aangemaakt, die belangrijk zijn bij het doorgeven van informatie, zoals adrenaline die je tot prestaties aanzet en dopamine die je daarvoor beloont. De hersenstam verzamelt hiervoor de prikkels vanuit je lichaam en zintuigen en geeft het door via een doorgeefluik in het brein, de thalamus. Van daaruit gaat de informatie verder naar de hersenschors.
Neurotransmitters hebben voeding nodig om hun werk te doen. Met maar liefst twintig procent zijn neurotransmitters een gulzige grootverbruiker van de energie die we dagelijks binnenkrijgen. De schijf van vijf is dus ook voor het brein belangrijk, zodat het lichaam bepaalde stoffen uit eten en drinken kan omzetten in het activeren van neurotransmitters. Het hart zorgt ervoor dat ‘voeding’ in de bloedvaten over het brein wordt verdeeld.
Waar zitten specifieke kwabben, zoals de 'crimikwab' en ons bewustzijn?
Alles wat ons lichaam doet, wordt aangestuurd door ons brein. Maar de fouten die we maken? Doen we dat wel zelf, of ligt de basis daarvoor ook in ons brein? Wetenschappers hebben met behulp van MRI-scans ontdekt dat het brein van criminelen en psychopaten anders werkt; communicatie tussen het beloningscentrum en het gebied voor zelfbeheersing is ontregeld. Het blijkt dat de proefpersonen nog een gemeenschappelijke deler hadden, gebrek aan inlevingsvermogen. Dat geldt niet alleen voor criminelen maar ook voor topmensen in het bedrijfsleven. Maar wat zeggen dergelijke MRI-analyses over de vrije wil? In hoeverre zijn CEO’s bij banken aansprakelijk voor hun gegraai of is dat het werk van hun brein? Net als bij de ‘crimikwab’ is er een zoektocht naar de ‘relikwab’ (religie) en de ‘homokwab’ (homoseksualiteit) of de neuronale basis van ons bewustzijn. Die laatste denken wetenschappers gevonden te hebben in het netwerk tussen de hersenstam, de thalamus en de hersenschors, zoals in dit filmpje wordt uitgelegd.
Kun je aan een scan zien of iemand een psychopaat of moordenaar is? En welke ethische dilemma’s brengt dat met zich mee?
Hoe werken de bouwstenen van een kunstmatig brein?
Technische ontwikkelingen hebben steeds meer invloed op de grens tussen de mens, zijn brein en machines. In de vorige eeuw maakten mensen voornamelijk gebruik van machines. Nu is er interactie tussen mens en machine mogelijk. Vooral op medisch gebied zie je dat. Er zijn, ook in Nederland, al mensen met een robotische arm die met een smart phone of met de hersenen wordt aangestuurd. Of mensen die een bionisch oog in hun oogkas hebben, zoals in dit fragment.
Creativiteit meten, kan dat? Schrijver Arnon Grunberg gaat het in ieder geval proberen. Bij het schrijven van een nieuwe novelle zal Grunberg door een team van (neuro)wetenschappers geanalyseerd worden.
Dit is een mooie ontwikkeling voor sommige mensen met een handicap. Maar hoe gaan de technologische ontwikkelingen nu verder? Welke lichaamsdelen gaan nog meer door kunstmatige delen vervangen worden? Leven we dan nog wel als mens, of als mensmachine met chips in ons brein en met mogelijkheden voor deep brain stimulation. Voor een blik in de toekomst; bekijk het fragment of kijk naar de documentaire Cyborgs among us.
Hopelijk heb je nu een goede indruk van hoe het echte en het kunstmatige brein werkt. Wil je nog een reis door het brein maken, bekijk dan dit filmpje van Discovery Channel.
In het kort
De anatomie van het brein is zeer complex met twee hersenhelften, vier hersenkwabben en allemaal kleinere hersengebiedjes. We hebben maar liefst 86 miljard hersencellen die elektrische en chemische signalen met informatie uitwisselen.
De twee hersenhelften zorgen er samen voor dat we kunnen functioneren. Dit doen ze kruiselings. De helften moeten hiervoor met elkaar communiceren. De hersenbalk die tussen beide helften zit, zorgt voor deze verbinding.
Er zijn aanwijzingen dat hersengebieden na een klap minder goed met elkaar communiceren. Hersenletsel zorgt voor een nadelig effect op cognitieve functies.
Fouten die we maken, zijn terug te leiden naar ons brein. Zo hebben wetenschappers ontdekt dat het brein van criminelen en psychopaten anders ‘werkt’.
Technologische ontwikkelingen zijn zo ver dat lichaamsdelen met kunstmatige delen vervangen kunnen worden. De grens tussen mens, het brein en machines wordt vager.
En je weet het!
Anderen het laten weten?
