Hoe je brein zich vormt naar wat je leert

Neuronen (plaatje van hier)

Je leert dingen makkelijker als ze lijken op iets wat je al eerder hebt geleerd. Dit geldt voor feitelijke kennis (zie een eerdere blog over mijn eigen onderzoek), maar ook voor bijvoorbeeld bewegingen. Ga maar na: als je ooit hebt leren tennissen, is het makkelijker om daarna te gaan hockeyen. Als je gitaar kan spelen moet viool daarna ook makkelijker gaan. Door gebruik te maken van overeenkomsten tussen dingen die we leren lijkt ons brein bestaande kennisnetwerken te gebruiken om nieuwe dingen te leren.

Dit systeem kan ervoor zorgen dat je gerelateerde dingen beter en sneller leert, maar het kan er ook toe leiden dat het leren van iets ongerelateerds lastiger wordt. "Out of the box thinking" wordt hierdoor bijvoorbeeld lastiger.

Procedureel geheugen en BCI

Ons geheugensysteem is opgedeeld in verschillende onderdelen. Het belangrijkste onderscheid maken we in declaratief geheugen (geheugen voor feitelijke informatie) en procedureel geheugen (geheugen voor bewegingen). Deze geheugensystemen worden door verschillende hersengebieden aangestuurd, maar dat eerdere herinneringen invloed hebben op het leren van nieuwe lijkt in beide systemen het geval te zijn. Voor procedureel geheugen is kortgeleden gevonden hoe dit tot stand komt.

De voorkant van Nature over dit onderzoek

Onderzoekers van de universiteit van Pittsburgh in de Verenigde Staten lieten apen een taakje doen met een Brain Computer Interface (BCI), waarmee de aap leerde om met alleen hersensignalen een cursor op een computerscherm te bedienen. De onderzoekers konden tegelijkertijd meten welke neuronen in het brein van de aap hierbij betrokken waren. 

Toen de apen dit taakje goed konden, trainden de onderzoekers een computeralgoritme om het bijkomstige leerpatroon in de hersenactiviteit te herkennen. Vervolgens keken ze of hersensignalen gemeten tijdens het leren van nieuwe cursorbewegingen overeenkomsten vertoonden met het eerder getrainde leerpatroon. Het bleek dat hoe meer dit patroon overeenkwam, hoe beter deze nieuwe beweging werd geleerd. In andere woorden: hoe meer de eerder gebruikte hersencellen werden gebruikt om nieuwe bewegingen te leren, hoe sneller de apen deze bewegingen onder de knie hadden.

De onderzoekers konden dus met hun computerprogramma voorspellen hoe goed nieuwe bewegingen geleerd konden worden en dit verbeterde leren bleek afhankelijk van hoeveel de beweging leek op eerder geleerde bewegingen.

Locked-in patiënten

Een scene uit "The diving bell and the butterfly", een film
over een patiënt met het locked-in syndroom.

Dit onderzoek biedt mogelijkheden voor patiënten met het locked-in syndroom. Deze mensen kunnen vaak alleen nog maar hun ogen bewegen en dus wordt er gekeken naar mogelijkheden om met een hersengestuurde BCI met de buitenwereld te communiceren. Het is hierbij van groot belang dat ze makkelijk kunnen leren om met de BCI om te gaan, om bijvoorbeeld een cursor op het scherm kunnen bewegen of woorden te "typen".

Dit onderzoek is de eerste stap in de richting om met dit soort systemen, als ze eenmaal zijn geïmplanteerd in de hersenen, ook goed te kunnen leren omgaan.

Flexibel brein?

Hoewel ons brein dus vaak wordt aangeduid als flexibel en veranderlijk, zijn er blijkbaar duidelijk grenzen. Het lijkt evolutionair heel nuttig om bewegingen die vaak worden uitgevoerd zo op te slaan dat ze ervoor zorgen dat gelijksoortige bewegingen makkelijker te leren zijn in de toekomst. Hierdoor hoeft niet altijd alles vanaf het begin af aan geleerd te worden. Dit scheelt een hoop tijd en moeite, vooral voor schijnbaar belangrijke dingen die je vaak tegenkomt in je leven.

De theorie dat je 10.000 uren nodig hebt om een bepaalde vaardigheid te leren ligt sinds kort onder vuur. En dat is maar goed ook, want simpel uren tellen zou wel erg simpel zijn. Wel blijkt nu door dit onderzoek dat er misschien wel minder uren nodig zijn om een vaardigheid te leren die hersennetwerken deelt met een eerder geleerde vaardigheid.

Anderzijds: een dergelijke vaardigheid weer afleren duurt misschien juist wel twee keer zo lang, een balans waar we mee zullen moeten leren leven!

Sciencepalooza: Het academische systeem in Amerika versus Nederland: wat we van elkaar kunnen leren (deel 2)

Mijn nieuwe bijdrage voor Sciencepalooza staat nu online: Het academische systeem in Amerika versus Nederland: wat we van elkaar kunnen leren (deel 2). Ik ben vanaf nu ook vaste blogger bij Sciencepalooza.

Sciencepalooza: Het academische systeem in Amerika versus Nederland: wat we van elkaar kunnen leren (deel 1)

Mijn nieuwe bijdrage voor Sciencepalooza staat nu online: Het academische systeem in Amerika versus Nederland: wat we van elkaar kunnen leren (deel 1)

Life @ Stanford part 2

Een jaar alweer sinds we ons nieuwe, Amerikaanse leven tegemoet gingen. Een jaar na twee oververhitte, stressvolle verhuisdagen, emotionele afscheidsbijeenkomsten en, eenmaal aangekomen, de haastige jacht op een huis, verzekeringen, meubels en vervoersmiddelen. Een jaar lang steeds weer de constatering dat je met alles helemaal opnieuw dient te beginnen, spannend en vermoeiend tegelijk. We hebben veel meegemaakt, veel gezien en vooral veel geleerd. En het mooiste is: we hebben nog zeker een jaar te gaan!

Mijn vorige Life @ Stanford blog ging over een aantal aspecten van Stanford en de omgeving en hoe we deze tegenkomen in ons dagelijks leven. Deze blog zal de eerder onderbelichte aspecten bespreken, want zoals ik een half jaar geleden als zei: ik had er wel een top 100 van kunnen maken! Ik begin dus waar ik eerder ben opgehouden, bij nummer 8:

8. Fietsen

Dat fietsen hier kan is een godsgeschenk. Met veel auto's, weinig en dure parkeervoorzieningen op Stanford, relatief veel vlakke wegen met fietspaden en een constant aangenaam klimaat is fietsen de nummer 1 "commute option". Helemaal voor een Hollander als ik. Jammer genoeg denken niet alle Amerikanen hier hetzelfde over... Buiten de Stanford campus wordt fietsen vaak gezien als een sport, iets wat je alleen maar doet als je er fysiek toe in staat bent, je een lichte, dure racefiets kan veroorloven en je je bovendien in een bijbehorend sexy wielrennerskostuum en flitsende helm hijst. Ik neem dit voor lief en fiets liever op mijn simpele mountainbike zonder helm en op m'n dooie akkertje de 8 kilometer naar Stanford. De tien minuten die ik dan langzamer ben hoef ik weer niet te besteden aan een douche, dat scheelt weer!

Die helm is trouwens wel een "big thing" hier. Ik moet vaak uitleggen waarom ik ervoor kies om dat zweterige ding niet te dragen, iets wat ik echt wel zou doen als ik het gevaar zou zien en de voordelen tegen de nadelen zouden opwegen. Ik merk hier namelijk dat mensen die met een helm fietsen ironisch gezien onoplettender fietsen. Beetje onder het mom van: nu heb ik een helm op dus nu ben ik veilig, "the king of the road"! Deze schijnveiligheid heft de helmveiligheid natuurlijk direct weer op en maakt je misschien zelfs een groter doelwit. Onderzoek heeft namelijk aangetoond dat ook automobilisten dichter langs je rijden als je een helm op hebt. En die helmpjes helpen natuurlijk niet overal tegen, dus door rood fietsen is nog steeds geen goed idee...

Where's your helmet? (stripje van hier)

9. Verkeersregels

Tsja, wie was er nou eerst?
(plaatje van hier)

Hier in Amerika hebben ze de beste manier bedacht om verkeerchaos te creëren. Bij elke gelijkwaardige kruising geldt de regel: altijd stoppen en wie het eerst stopte mag het eerst weer rijden. Met maximaal vier auto's per kruising is dit nog redelijk te doen, maar als hier fietsers en voetgangers bijkomen wordt het erg lastig. Voetgangers zijn heilig en hebben dus per definitie eigenlijk altijd voorrang, een recht waar ze gretig gebruik van maken. Daarnaast zit er ook altijd wel een automobilist tussen die denkt dat fietsers een soort veredelde voetgangers op wielen zijn en gaat zitten wuiven dat je voor mag terwijl de volgende automobilist voor zijn beurt gaat. Chaos alom, en het schiet daarnaast natuurlijk niet echt op, helemaal niet als bovengenoemde automobilist midden op de kruising stil gaat staan als ik als fietser alvast mijn welverdiende beurt in gang zet. Stel toch dat ik alsnog voor hem langs zou steken, dat gaat de verzekering echt niet leuk vinden!

's Avonds komt een volgende irritatie om de hoek kijken: fietslichtjes! Ze houden hier van knipperende lichtjes en je raadt het al: ik niet. Monotoon knipperen is natuurlijk saai dus ik heb de mooiste symfonieën al langs zien komen. Daarnaast denken fietsers (vooral die met helm): hoe feller, hoe beter ik zichtbaar ben! En inderdaad, die tunnel van knipperend licht die je vervolgens tegemoet komt wil je inderdaad erg graag ontwijken omdat je denkt dat het een rechtstreeks ticket naar het hiernamaals is. Sommige auto's hebben deze gedachtengang trouwens ook: "als ik nou groot licht op zet dan kunnen ze me tenminste goed zien". Goed zien, niet meer zien, ach wie merkt het verschil? "Better safe than sorry", toch? (zie punt 12)

10. Toeristen

Toeristen op een universiteit zijn nog steeds een rare gewaarwording voor mij, al kan ik het bij de campus van Stanford best wel voorstellen. Nu het zomer is nemen de aantallen toeristen in rap tempo toe, met alle gevolgen van dien. Ze lopen midden op straat ("hier rijden toch geen auto's"), kijken niet uit bij het oversteken ("oh oeps, er zijn wel fietsers") en schieten snel een foto van je als je langskomt (''wow, een echte Stanford student!"). In de bookstore kopen ze vervolgens t-shirts en andere prullaria om aan het thuisfront te kunnen laten zien dat ze echt op de campus hebben rondgelopen  (zie vorige blog, nummer 5) terwijl ze zich vergapen hebben aan de rijke (sinds 1885) geschiedenis van "The Farm".

Dit is regelmatig het uitzicht vanuit mijn raam

Het mooiste moment kwam laatst toen twee duidelijk verdwaalde toeristen langs ons gebouw liepen op zoek naar "the library". "Tsja" zei ik, "eigenlijk heeft elk gebouw hier wel een bibliotheek dus ik moet dan wel echt weten welke u precies zoekt". Dat wisten ze niet en toen heb ik ze maar naar de Hewlett, Packard en Gates gebouwen gestuurd. Vernoemd naar natuurlijk. Dat vonden ze gelukkig ook wel "awesome".

11. Sporten

Sportcultuur is hier een groot goed, ook al is Stanford geen deel van de bekende "Ivy league". Al begrijp ik nog steeds niet helemaal hoe talent voor sport je meteen een ticket naar een van de meest prestigieuze universiteiten ter wereld oplevert, maar dat terzijde. Football (niet te verwarren met een andere sport waar je ook echt je voeten gebruikt) is hier het populairst, maar we moeten nog steeds een football wedstrijd van Stanford bijwonen. Die beginnen pas weer in de herfst dus die krijgen jullie nog tegoed!

In ieder geval betekent deze sportieve omgeving dat ik me op straat, in de fitness en soms zelfs in de supermarkt kan vergapen aan de opvallend hoge aanwezigheid van ontblote gespierde bovenlijven, iets te strakke sportpakjes, en de alom vertegenwoordigde witte sokken in fel gekleurde hardloopschoenen. Laatstgenoemde worden echter, ironisch genoeg, voornamelijk gedragen door mensen die duidelijk niet eens aan sport durven te denken...

12. "Better safe than sorry"

In een zo onderverzekerde en aanklagende maatschappij als deze is het logisch dat er veel gelet wordt op preventie, maar voor ons leidt dit soms tot hilarische situaties. Ontsmettende doekjes in de supermarkt die bedoeld zijn om je winkelwagentje "germ-free" te houden of gebruikt worden om te zorgen dat een enigszins hoestende proefpersoon de lab-laptop niet besmet. Bovendien mag je vooral ook niet bij mensen in de buurt komen als je zelf zulke symptomen vertoont, want bacteriën zijn je grootste vijand. Het komt op mij over als overdreven, maar het wordt weer enigszins logisch als je weet dat een groot gedeelte van de mensen hier geen zorgverzekering wil of kan betalen. Obama-care of niet, het blijft duur om gezond te blijven.

Boerenkoolsmoothie anyone?

Hetzelfde principe vind je terug in de overvloed aan zogenaamde super, organic en gluten-free foods, die ook in Nederland steeds meer verkocht worden. Grappig is alleen dat hier bijvoorbeeld onze oer-Hollandse boerenkool ook onder de super-foods valt. "Kale salads", "kale smoothies" en "kale chips", ze zijn niet aan te slepen. Ik vind rauwe boerenkool toch enigszins bitter, dus wij koken de altijd beschikbare kale (ze doen hier niet aan het vorstprincipe) nog steeds lekker om tot een stamppotje, iets wat de Amerikanen op hun beurt dan weer een beetje raar vinden. Ach, je komt toch nooit van je Europese stigma af, daar zijn we allang achter.

Ook in het verkeer kwam ik laatst achter het achterliggende idee. De regels zijn hier niet gebaseerd op efficientie met enig oog voor veiligheid, maar op veiligheid met geen oog voor efficientie. Gevolg is regels die veilige verkeerssituaties tot gevolg zouden moeten hebben (zie punt 9), maar die de doorstroom niet per definitie verbeteren. Daarnaast zijn fietsers redelijk nieuw in het straatbeeld (zie punt 8) en zijn de regels daar dus niet echt op aangepast. Daarom maar deze bordjes: "Bicyclists use extreme caution", want zo'n verhoginkje zoals hieronder is natuurlijk best wel eng... Helemaal zonder helm!

Bicyclists use extreme caution, so so should you!

13. The happy life!

Omdat het nu lijkt dat we hier ons alleen maar verbazen en frustreren over de cultuurverschillen, hier ten slotte een lijstje van alle leuke dingen, want wij nuchtere Hollanders kunnen zeker wat leren van de Amerikanen.

• Doggy bags: gedeeltelijk een product van de enorme porties hier, maar daarom niet minder handig!
• Yelp: omdat alles, maar dan ook alles een rating van het publiek verdient (al moet je veel ratings wel met een korreltje zout nemen)
• Auto's met automaat: ik wil noooooooit meer terug naar koppelen!
• "Relax at work": de perfecte mix tussen de gehaaste en hardwerkende instelling van de westerse samenleving en de manana-manana mentaliteit van de Mexicanen, lekker in je korte broek naar het werk en met je laptop op het terras je emails doorwerken. Heerlijk!
• Het klimaat: elke dag op de fiets in de zon of even naar buiten zonder buienradar te hoeven checken doet een mens erg goed.
• De natuur: bergen, vlaktes, valleien, bossen, kust, strand, rotsen, vulkanen, etc., je vindt dit alles hier op steenworp afstand!
• Waterfonteintjes: lekker hygienisch koel en gefilterd water drinken, zelfs in the middle of nowhere.
• Om bij water te blijven: altijd gratis kraanwater op tafel in restaurants!
• Overbodige dingen gewoon aan de kant van de weg zetten met een bordje "FREE" erbij, het werkt hier! (ik heb meubels, kinderspeelgoed, zelfs een werkende televisie langs zien komen!)
• Food heaven: de varieteit aan culturen leidt tot een immense keuze aan eetgelegenheden, afhaalmogelijkheden en food trucks en maakt dat je nooit naar het fast-food restaurant om de hoek hoeft (al hebben we het natuurlijk wel moeten proberen ;))
• De enorme innovatiegerichtheid: iedereen zit vol met (soms waanzinnige, soms stupide, soms buitenaardse) ideeën. Alles is hier mogelijk als je maar je best doet en doorzet. Die vibe is best aanstekelijk!
• Gadgets: door die innovatiegerichtheid is dit een kleine greep van de gadgets die deel uitmaken van het dagelijkse leven in Silicon Valley: zelfrijdende Google auto's, bestuurbare drones, vliegtuigjes en helikopters, bitcoinmachines, Google glasses, Apple producten in alle soorten en maten. Je noemt 't en hier hebben ze het!

Stanford student die op een terrasje
aan zijn vliegende robot werkt, niet
heel ongewoon hier!

Groetjes uit California the beautiful!

De ene herinnering is de andere niet: de onbedoelde waarde van amnesiepatiënten

(Click here for the English version of this blog)

Als we aan geheugenstoornissen denken, betreft het vaak dementie of tijdelijk geheugenverlies door een ongeluk. Bij deze gevallen zijn het meestal de oude herinneringen die langzaam of ineens verdwijnen. Zelden komt het echter voor dat iemand zijn of haar vermogen om nieuwe herinneringen te maken kwijtraakt. Dit heet anterograde amnesie en de gevolgen hiervan zijn catastrofaal, iets wat erg mooi is verbeeld in de film "Memento".

Patiënten met algehele anterograde amnesie zijn (gelukkig) schaars, maar hun aandoening is heel interessant omdat het ons helpt om te begrijpen hoe herinneringen worden gemaakt. Deze patiënten worden dus in wetenschappelijke kringen vaak beroemd door hun uitgebreide deelname aan experimenten. Dit was bijvoorbeeld het geval bij de in 2008 overleden Henry Molaison, die tengevolge van een operatie voor zijn onbehandelbare epilepsie geen nieuwe dingen meer kon onthouden. De omstandigheden van Henry's resulterende amnesie heeft in geheugenonderzoek geleid tot een focus op de bij hem verwijderde hippocampus, iets wat tot heel veel inzichten en nieuwe vragen heeft geleid over de processen die de werking van ons geheugen verklaren.

Door al die aandacht voor Henry krijgt, in boeken en collegezalen, zou je bijna denken dat hij de enige was die neurowetenschappelijke theorieën heeft beïnvloed. Dit is niet waar. De onlangs overleden Kent Cochrane (eerder bekend onder zijn initialen K.C.) heeft met zijn specifieke amnesie ook erg veel betekend voor geheugenonderzoek!

Motorongeluk

Kent Cochrane was een Canadees die werkte in een fabriek. Hij werd geboren in in 1951, twee jaar voor Henry zijn ongelukkige operatie. In 1981, toen hij 30 was, kreeg Kent een motorongeluk en verloor hierdoor onder andere zijn beide hippocampi. Zoals je zou verwachten van Henry zijn verhaal, had Kent algehele anterograde amnesie en kon hij dus geen nieuwe herinneringen meer maken. Ook een gedeelte van zijn oudere herinneringen was hij kwijt, maar niet alle. Toen onderzoekers - onder leiding van Dr. Endel Tulving - verder begonnen te testen, kwamen ze erachter dat ze de overgebleven herinneringen makkelijk konden classificeren.

Hij bleek alle specifieke persoonlijke gebeurtenissen uit zijn leven kwijt te zijn, maar feitelijke kennis - bijvoorbeeld informatie die je in encyclopedieën vindt - was onaangetast!

Verschillende soorten geheugen

Uitleg van het verschil tussen episodisch, semantisch
en procedureel geheugen. (plaatje van hier)

Door Henry wisten onderzoekers al dat het geheugen in te delen was in procedureel geheugen (onbewust geheugen voor procedures, bijvoorbeeld weten hoe je moet fietsen) en declaratief geheugen (bewust geheugen voor informatie dat "gedeclareerd" - of betoogd - kan worden, bijvoorbeeld een herinnering aan een specifieke fietstrip). Henry kon bijvoorbeeld leren spiegelschrijven, al had hij geen bewuste herinnering dat hij dat ooit geleerd had.

De amnesie van Kent wierp licht op een verdere opdeling van het bewuste declaratieve geheugen in episodische (specifieke persoonlijke ervaringen) en semantische (feitelijke) herinneringen. De episodische herinneringen waren compleet verdwenen bij Kent, zodat hij nog wel algemene feitelijke herinneringen had, maar geen specifieke, autobiografische herinneringen.

Daarnaast bleek Kent ook nieuwe informatie te kunnen leren, al duurde het langer en werden ze alleen opgeslagen als algemene, semantische herinneringen. Hij kon bijvoorbeeld wel Bill Clinton herkennen als bekend persoon, ook al werd deze pas president na zijn ongeluk. Kent kon zich alleen niet herinneren wat Bill zijn beroep was. Dit was een erg interessante bevinding aangezien wetenschappers er op dat moment inmiddels vanuit gingen dat er geen enkele declaratieve herinneringen konden worden aangemaakt zonder de hippocampus.

Dit bleek dus enkel te gelden voor episodische herinneringen, iets wat bij Henry later ook gevonden werd. Zo hebben beide gevallen elkaar wederzijds beïnvloed, en ons geholpen beter te begrijpen hoe herinneringen precies gemaakt worden.

Ons waardevolle geheugen

Wat leren deze patiënten ons nou precies? Kent en Henry hebben ons allebei
geleerd dat er verschillende soorten herinneringen bestaan waarvan alleen sommige door de inmiddels beroemde hippocampus worden opgeslagen. Wat dit precies betekent voor hoe deze herinneringen worden opgeslagen en hoe ze effect hebben op ons dagelijks leven wordt nu verder onderzocht. Kent heeft ons namelijk ook geleerd dat een hoop vragen over het geheugen nog niet beantwoord zijn.

Zo moeten Henry en Kent zich ongeveer gevoeld hebben
(plaatje van hier)

Het overlijden van een legende in de geheugenwetenschap herinnert me weer hoe vreselijk blij we mogen zijn dat deze mensen, ondanks hun vreselijke lot, hun tijd geven om de wetenschap vooruit te helpen. Bedankt Henry en Kent, het is nu aan ons om jullie waardevolle wetenschappelijke bijdragen te gebruiken om mensen met hetzelfde lot zo goed mogelijk te helpen en om ons begrip over ons mysterieuze en waardevolle geheugen te vergroten!

Bouwen op voorkennis: hoe leert het studenten- brein?

Dagelijks zijn we bezig om de enorme kennisbank in ons brein aan te passen en uit te breiden. Ons brein hunkert naar een zo accuraat mogelijke representatie van de werkelijkheid, zodat het nieuwe informatie zo makkelijk mogelijk kan integreren. In ons dagelijkse leven wordt nieuwe informatie dus vaak zo aangeboden dat we het makkelijk kunnen begrijpen. Op televisie en internet, maar natuurlijk ook in het onderwijs.

Het is extreem belangrijk in het onderwijs dat vakken goed worden opgebouwd. Bijvoorbeeld: als je niet kunt optellen en aftrekken, kun je ook niet vermenigvuldigen en als je niet kunt vermenigvuldigen wordt worteltrekken weer lastig. Natuurlijk is dit principe al lang bekend en wordt het wijdverbreid toegepast in het onderwijs.

Maar wat we niet weten is hoe deze kennis zo zorgvuldig wordt opgebouwd in ons brein en wat dit tot gevolg heeft voor het het leren van nieuwe dingen.

Verschillende manieren om informatie op te slaan

In mijn laatste experiment heb ik deze vraag onderzocht: hoe wordt nieuwe, studie-gerelateerde informatie opgeslagen in ons brein? Hiervoor heb ik twee groepen studenten getest die aan het begin van het tweede jaar van hun studie biologie of pedagogiek stonden. Deze studenten leerden korte zinnetjes met nieuwe informatie terwijl hun hersenactiviteit met een MRI-scanner werd gemeten. Deze zinnetjes bevatten informatie die óf voortbouwden op de studie die ze op dat moment volgden, óf op de andere studie. Een biologiestudent leerde dus ook de informatie voor pedagogiekstudenten en andersom. De volgende dag kregen de studenten een test over de informatie die ze hadden geleerd. Hierdoor wisten we precies welke zinnetjes ze hadden onthouden en welke waren vergeten.

De mediale prefrontale cortex bevindt
zich vooraan en middenin het brein,
achter je voorhoofd.

Wat kwam er nou uit dit experiment? Ten eerste bleken studenten veel beter in het onthouden van informatie die relateert aan hun eigen studie, maar dat is niks nieuws. Daarnaast vonden we dat het onthouden van deze informatie gerelateerd was aan activiteit in een ander hersengebied dan bij de niet studie-gerelateerde informatie. Dit hersengebied, de mediale prefrontale cortex, hadden we al eerder gevonden in ons onderzoek en we denken dat dit gebied nieuwe informatie integreert met oudere informatie. De informatie wordt dan dus niet apart opgeslagen, maar gekoppeld aan eerder opgeslagen informatie. Dit leidt vervolgens tot betere prestaties op de geheugentest.

Relatie met studieprestaties

We vonden daarnaast dat de activiteit in deze mediale prefrontale cortex positief correleerde met hoe de studenten presteerden in het tweede jaar van hun studie ten opzichte van het eerste. De mate waarin ze dit hersengebied gebruikten tijdens het leren van onze studie-gerelateerde zinnetjes was dus voorspellend voor de toekomstige prestaties in hun studie!

Kunnen we toekomstig studiesucces dan voorspellen door studenten in de scanner te leggen? Nee, de effecten in dit experiment zijn erg klein en de meetwaarden heel specifiek. Bovendien weten we bij een simpele correlatie als deze niet wat de leidende factor is en zijn er heel wat andere dingen die een rol kunnen spelen. Wel opent dit onderzoek nieuwe deuren door aan te tonen dat eerdere bevindingen – verschillende hersenprocessen tijdens het onthouden van simpele plaatjes of woorden - ook blijken te gelden voor het leren van ingewikkeldere informatie in de onderwijspraktijk.

Relatie tussen activiteit in de mediale prefrontale cortex (op
de x-as) en verschil tussen tweedejaars en eerstejaars cijfers
(op de y-as).

Toepassingen

Hoe kunnen we deze bevindingen dan wel gebruiken voor leren in het onderwijs? Voorlopig zijn directe toepassingen nog niet echt mogelijk, maar als we meer te weten komen over hoe ons brein voorkennis gebruikt om nieuwe informatie te leren, dan kunnen we proberen deze voorkennis beter en selectiever aan te spreken voordat we nieuwe informatie leren.

We kunnen dan bijvoorbeeld ons leerproces bewust efficiënter maken door ons vaker af te vragen hoe iets nieuws eigenlijk relateert aan iets ouds. Of op basis van de beschikbare voorkennis vaststellen of nieuwe informatie al geleerd kan worden of dat je beter nog even kan wachten. De mogelijkheden zijn eindeloos!

Referenties

Het artikel, nu in early access op de website van Journal of Cognitive Neuroscience.

Hoe ons brein dingen vergeet

Ik heb een gastblog geschreven voor Sciencepalooza getiteld "Hoe ons brein dingen vergeet". Klik op de link om het te lezen!

Waarheid in de wetenschap

Wat je leert op school is waar. Toch? Er moet wel erg veel wetenschappelijk onderzoek zijn gedaan voordat iets in een schoolboek terecht komt, en na al dat wetenschappelijke onderzoek weten we toch wel iets dat zeker waar is. Of niet? Wanneer is iets eigenlijk echt "waar"?

Wetenschappelijke theorieën

Misschien komt het omdat ik inmiddels zelf wetenschapper ben en er meer alert op ben, maar het lijkt wel alsof steeds meer dingen die ik ooit op school geleerd hebt toch ineens niet helemaal meer lijken te kloppen. Neem het atoom. Iedereen die natuurkunde heeft gehad op de middelbare school kent de plaatjes van atomen met een kern en elektronen die om deze kern heen draaien. Dit idee blijft hangen, en als je vervolgens geen nieuwe natuurkunde meer bijleert na de middelbare school blijf je geloven in deze vorm van het atoom. Terwijl dit atoom niets meer dan een theorie was. Deze theorie was weliswaar gebaseerd op enig bewijs, maar moest nog verder onderzocht worden. En guess what: het atoom bleek toch een beetje anders dan gedacht!

Ik zal niet verder in detail treden over het uiterlijk van het atoom, daar gaat deze blog niet over. Deze blog gaat over het feit dat elke wetenschappelijke theorie in essentie onwaar is en ook nooit bewezen kan worden.

Het gaat ook over waarom dat niet erg is.

Popper

Ideeën uit de wetenschapsfilosofie - met als bekendste vaandeldrager Karl Popper - worden nog steeds gebruikt als leidraad voor wetenschappelijke integriteit. Het bekendste voorbeeld van Karl Popper gaat over de onmogelijke verificatie (bewijs) van de wetenschappelijke theorie in het algemeen. Popper gebruikte hiervoor een voorbeeld met witte en zwarte zwanen. Als je heel veel witte zwanen telt maar geen zwarte, betekent dat niet per definitie dat er geen zwarte zwanen bestaan.

Je kan immers nooit zeker weten of je ooit nog een keer een zwarte zwaan tegen gaat komen.

Wetenschappers spreken met elkaar af dat een theorie plausibel is als meerdere aanwijzingen in de goede richting wijzen. De theorie kan dan steeds geloofwaardiger worden, maar zeker weten of de theorie "waar" is doe je nooit. Dit is een gegeven waar je als wetenschapper mee moet leren leven, een frustrerend maar ook spannend gegeven. Je weet immers nooit wat er nog kan gaan komen.

Hoe bedenk je een theorie?

Wetenschappelijke theorieën moeten altijd toetsbaar zijn. Je moet een experiment kunnen uitvoeren waarvan de resultaten de theorie wel of niet zullen onderbouwen, anders heeft de theorie geen nut. In mijn onderzoek stel ik dat als je nieuwe informatie leert die aansluit op eerder geleerde informatie, deze nieuwe informatie beter onthouden wordt en verwerkt wordt door verschillende hersengebieden (zeg A en B). De waarnemingen uit experimenten kunnen gebruikt worden om een theorie te bedenken (induceren: hersengebied A doet dit en hersengebied B doet dat). De opgestelde theorie kan daarnaast nieuwe waarnemingen voorspellen die de theorie kunnen onderbouwen (deduceren: in mijn nieuwe experiment verwacht ik dat hersengebied A actief wordt). 

Witte zwanen, luie onderzoekers? Hetzelfde idee!

Wetenschap moet er eigenlijk altijd op gestoeld zijn om theorieën te falsificeren door op zoek te gaan naar een zwarte zwaan (of hersengebied B). Hoe vaker er geen zwarte zwaan wordt gevonden, hoe plausibeler de witte zwanen theorie (de nulhypothese) wordt. Maar ook als er toch weleens een zwarte zwaan (de alternatieve hypothese) wordt gevonden dan nog is er geen man overboord: theorieën kunnen namelijk aangepast worden om de nieuwe waarnemingen te kunnen verklaren ("zwarte zwanen zijn een foutje van de natuur" of  "hersengebied B doet toch net iets anders dan we dachten"). Een oneindige wisselwerking van inductie en deductie is het gevolg, als een eindeloze spiraal van wetenschappelijke voortgang.

Stapje voor stapje, stukje achteruit en een sprong vooruit, dat dan weer wel.

De "waarheid"

In dit wetenschappelijke stelsel dat we met elkaar hebben afgesproken bestaat waarheid dus niet, iets wat in de media jammer genoeg niet altijd goed naar buiten komt. Experimenten laten dus per definitie nooit zien dat iets waar of niet waar is, alleen dat een bepaalde theorie plausibeler of niet plausibeler wordt door de uitkomsten. Met dat idee in het achterhoofd krijgt wetenschap een ander gezicht. Niet als een zoektocht naar de waarheid, maar als een zoektocht naar de beste manier om de werkelijkheid te benaderen.

Wetenschap is dus letterlijk nooit helemaal waar en nooit helemaal af. En dat is nou juist wat het zo uitdagend maakt!

Life @ Stanford

Precies een half jaar geleden kwamen we hier in de Bay Area aan, ons Amerika-avontuur tegemoet! Jasper heeft jullie van de dagelijkse beslommeringen op de hoogte gehouden, maar mijn dagelijkse leven op Stanford is nog relatief onbelicht gebleven. Bij deze dus een (ietwat off-topic) blog over het (academische) leven op en rondom Stanford. In veel opzichten een geweldige plek, maar ook een universiteit met z'n eigen opvallende en eigenaardige dingetjes. Een top 7 van wat mij het meeste opviel:

1. Stanford campus: mediterraan Disneyland

"Mijn" gebouw (Jordan Hall, Psychologie faculteit) met op
de achtergrond de karakteristieke "Hoover tower".

Allereerst, de campus van Stanford is geweldig! Precies zoals je je Californië voorstelt: zo goed als altijd lekker weer, overal palmbomen, buitensporig schone straten en pleinen en een geweldig mooi en uitgestrekt landgoed in mediterrane bouwstijl. Een waar paradijsje op aarde en hier mag ik werken!

Helaas blijft er weinig van deze pracht over zodra je je binnen in de gebouwen bevindt en mijn kamer-zonder-ramen maakt dit er niet beter op. Maar ja, dit gemis kan je simpelweg tegengaan door iemand mee te sleuren om een koffie of lunch te halen, aangezien je voor de betere opties naar buiten moet (en dat is in tegenstelling tot Nederland geen straf hier). Tot nog toe waan ik me elke dag weer in Disneyland als ik de campus op fiets. De verbazing verdwijnt niet makkelijk, helemaal niet als je na een toch wel frisse nacht (lees: ik in sjaal en handschoenen op de fiets) de studenten in korte broek en slippers naar college ziet fietsen of skateboarden. Tsja, het blijft toch Californië he?

2. Ondernemersklimaat

Elke millimeter van de Stanford campus ademt het ondernemersklimaat en dit zet zich moeiteloos voort, zo mogelijk nog evidenter, in het omliggende Silicon Valley. Ik heb me heel lang afgevraagd hoe Amerikaanse studenten in godsnaam uit alle mogelijke universiteiten kiezen met zoveel opties. In het geval van Stanford is de meest karakteristieke eigenschap zonder twijfel de overduidelijke relatie met het (high-tech) bedrijfsleven en de vele mogelijkheden om zelf een "start-up" bedrijfje te starten.

Bedrijven als Google, Hewlett-Packard en Yahoo zijn hier ontsproten en er zullen zeker nog vele van dit soort bedrijven volgen. Studenten die zich aanmelden voor Stanford (in 2013 kwam een schamele 5,7% door de selectie heen) gebruiken dit klimaat ongetwijfeld om hun keus te maken en te onderbouwen waarom ze zo graag op Stanford willen studeren. Ik blijf het bijzonder vinden dat op het bankje naast mij of op de fiets die me tegemoet komt een toekomstige Larry Page kan zitten!

3. Wetenschapsklimaat: praktisch, flexibel en kritisch

De wetenschap hier wordt zeker beïnvloed door deze ondernemingsdrang, er wordt over het algemeen veel gestimuleerd om na te denken over hoe je onderzoek toepasbaar is. Daarnaast werken veel voormalige studenten en wetenschappers van Stanford bij bedrijven in Silicon Valley en deze komen vaak terug om praatjes te geven zodat je ook nog een beetje (met de nadruk op beetje!) meekrijgt hoe het is om onderzoek te doen voor bijvoorbeeld Google of Facebook.

Voor de psychologen onder ons: het Stanford Prison
Experiment wordt "herdacht" met dit plakkaat dat zich in
de kelders van Jordan Hall bevindt.

Mensen werken hier hard, maar flexibel en relaxed, ze zijn echt niet continue op hun kantoor aanwezig of opgezogen in artikelen, maar zodra er een klein momentje is (bijvoorbeeld tijdens langdradige praatjes) komt de Apple laptop wel vaak tevoren om nog even een stukje code af te maken. "Hard" (vaak en veel) werken wordt gezien als statussymbool, nog meer dan in Nederland; veel mensen hier claimen niet voor niks zo'n 60 tot 80 uur per week te werken en ik heb weinig reden om ze niet te geloven. In zo'n omgeving als deze gaan leven en werken onvermijdelijk naadloos in elkaar over.

Er heerst hier een sterke cultuur van veel vragen stellen en kritisch commentaar leveren. Veel praatjes komen niet af omdat na een paar slides de spreker al onderbreken wordt. Amerikanen worden analytisch opgevoed: kritische vragen stellen, discussietechnieken en (overdreven) verbale en textuele communicatie gebruiken en consequent wetenschappelijk in- en deduceren is ze absoluut niet vreemd. In Nederland kunnen we hier nog wel iets van leren, zeker als we met ze willen kunnen blijven concurreren.

4. De Stanford familie

Stanford is gesticht op de boerderij van de familie Stanford voor hun overleden zoon Leland Stanford Jr., als een soort uit de hand gelopen herdenkingsmonument (de daken zijn bijvoorbeeld zo mooi rood zodat hij het goed zou kunnen zien vanuit de hemel). Ik kan me goed voorstellen dat studenten zich hier snel thuisvoelen. Als je al door die enorm strenge selectie (zie punt 2) heen gekomen bent en dan ook nog op alle mogelijke manieren welkom wordt geheten, wordt aangesproken als "class of 2017" als je in 2013 begint (zie inhuldingingsceremonie in onderstaand filmpje) en met z'n allen op zo'n prachtig stukje landgoed leeft, dan zou ik me ook voelen alsof ik echt tot de Stanford familie behoor. Jammer genoeg is dit knusse gevoel voor een simpele, internationale post-doc zoals ik ietsjes minder, maar dat terzijde...

Ik heb weinig direct contact met de studenten, maar ze lijken op het eerste gezicht een selectie van ultiem slimme, welbespraakte en voornamelijk blanke, rijke en ietwat verwende hogere klasse Amerikanen. Onder de undergraduates (grotendeels bachelor studenten) zijn ook nauwelijks buitenlanders, voor zover ik weet zit het handjevol Nederlanders op de campus alleen in onderzoeksposities. Een redelijk homogene groep studenten dus, de diversiteit zit hem voornamelijk in de onderzoekers, die echt uit allerlei landen hier naartoe komen om de zo noodzakelijke waardevolle onderzoekservaring op te doen.

5. Het Stanford gevoel: de merchandise

De Stanford bookstore: naast boeken een hele rits aan
merchandise artikelen!

De overweldigende merchandise versterkt dit Stanford gevoel nog meer. Je kunt het zo gek niet bedenken of ze verkopen het in de bookstore met het Stanford logo erop: allerlei soorten kleding, stickers, sleutelhangers, mokken, iPad-hoesjes, football spullen, nummerbordhouders etc. etc. Dat je een Stanford T-shirt draagt of een "Stanford Mom/Dad" T-shirt voor je ouders koopt als trotse student is natuurlijk wel begrijpelijk, maar dat de hordes toeristen zich ook zo aan deze merchandise te goed zouden doen had ik niet verwacht. Dat doen ze toch goed, die Amerikaanse universiteiten. Ik zie een gemiddelde Amsterdamse toerist nog niet zo snel in een UvA trui rondlopen, als je begrijpt wat ik bedoel.

6. Awesome!

De sociale Amerikaanse opvoeding (zie punt 3) heeft, enigszins ironisch, een andere kant die leidt tot een lastig cultuurverschil: alles hier is awesome, amazing en meer van dat soort superlatieven. Zo erg dat je door de bomen het bos niet meer ziet en moet leren de nuanceverschillen tussen de gemeende awesome en de alleen aardig bedoelde awesome te vinden, en dit is niet altijd even simpel...

Soms lijkt het voor mij alsof in spreektaal het Amerikaans een smalle spreiding van bijvoeglijke naamwoorden heeft, grotendeels geconcentreerd rondom awesome en de verscheidene awesome equivalenten. Deze woordkeus in combinatie met de kritische en analytische houding maakt het enigszins ingewikkeld om te begrijpen wat er echt bedoeld wordt: "That's awesome! But..."

Natuurlijk kende ik deze awesomesness wel uit films en conversaties met Amerikanen, maar om er de hele dag in ondergedompeld te worden en constant uit te moeten zoeken hoe awesome iets werkelijk gevonden wordt kan soms wel vermoeiend zijn. Wij vinden het vooralsnog lastig om ook zo super awesome als de Amerikanen te zijn, met het gevolg dat ze waarschijnlijk vaak denken dat we niet enthousiast genoeg zijn, maar hopelijk komt dat nog!

7. Netwerken

Voor mij is netwerken nooit iets echt bewusts geweest: met collega's een biertje drinken na een drukke werkweek, een inspirerende spreker nog even een vraag stellen na zijn of haar praatje, of koffie drinken met iemand wiens onderzoek je interessant vindt, meestal gaat het wel vanzelf. Hier niet, hier hebben ze netwerken (her)uitgevonden als een topsport! Voor en na meetings zijn er networking events, geforceerd netwerken dus, en juist omdat het die titel opgespeld krijgt wordt het minder leuk om koffie of bier te drinken met gelijkgezinden. Je voelt je gelijk zo...netwerkerig.

What's your name?? M A R L I E K E!

Tuurlijk had eerder wel iets meegekregen over netwerktechnieken, elevator-pitches, visitekaartjes, informational interviews en LinkedIn-connections. Ook weet ik wel dat dit soort netwerkbijeenkomsten inmiddels ook in Nederland steeds meer in opkomst zijn, maar mijn ervaringen in de academische wereld vallen echt in het niet met hoe serieus ze het hier aanpakken.

Van de beruchte "Hello, my name is ..." stickers hebben Jasper en ik er inmiddels al aardig wat verzameld en ik voel me echt een enorme newbie als er verplicht genetwerkt wordt, het blijft erg kunstmatig en gespeeld voelen en natúúrlijk vindt iedereen je onderzoek awesome (zie punt 6), dus daar heb je ook weer weinig aan... Erg wennen dus, maar ook leerzaam. Ik volg inmiddels een cursus communicatietechnieken voor post-docs om het Amerikaanse netwerken een beetje onder de knie te krijgen!

And on and on and on...

Ik zou hier wel een top 100 van kunnen maken, maar aangezien ik me serieus afvraag hoeveel mensen niet al halverwege zijn afgehaakt laat ik het voorlopig hierbij. Wonen, werken en leven in de Bay Area is wennen, soms meer dan ik verwacht had (en we hebben echt wel onze mindere momenten), maar we blijven onze uiterste best doen om hardwerkende en kritische maar vooral relaxte en awesome surrogaat-Amerikanen te worden!

Over nog een half jaar hopelijk meer! ;)

Een perfect geheugen, kan dat?

Nog steeds leeft bij veel mensen het idee dat ons geheugen ongeveer net zo werkt als een computergeheugen, waar alles netjes in mapjes wordt opgeslagen en later ongeschonden weer teruggehaald kan worden. Jammer genoeg (of misschien juist gelukkig, dat mag je zelf bedenken) is dit niet het geval. We kunnen allemaal onderschrijven dat ons geheugen niet altijd even perfect is, maar toch zijn er mensen die beweren een perfect geheugen te hebben. Geef ze een datum en ze vertellen je wat er die dag is gebeurd in hun leven. Spectaculair? Zeker, maar zelfs dit ogenschijnlijke perfecte geheugen blijkt z'n onvolkomenheden te hebben.

Hyperthymesia

Het boek van Jill Price, te koop via
bol.com.

Dit vermogen tot expectioneel geheugen heet met een duur woord "hyperthymesia", wat "excessief herinneren" betekent in het Grieks. In 2006 meldde een Amerikaanse vrouw genaamd Jill Price zich bij geheugenonderzoekers van de University of Irvine in Californië. Ze vertelde dat ze zich alles wat ze ooit bewust heeft meegemaakt kan herinneren en als een heel duidelijk beeld voor zich ziet als ze de herinnering terughaalt. De onderzoekers hebben haar vervolgens uitgebreid onderzocht en kwamen erachter dat ze niet loog: ze kon zich inderdaad bijna elke dag uit haar leven perfect herinneren.

Naast Jill vonden de onderzoekers nog 24 mensen met eenzelfde spectaculair geheugen. Door deze mensen als groep te testen bleek dat ze over het algemeen ook hinder ondervinden van hun perfecte geheugenvermogen. Verschillende andere hersenfuncties bleken te leiden onder de continue stroom van herinneringen die steeds opgehaald worden en ook lijken ze een slechter geheugen te hebben voor informatie die niet direct gerelateerd is aan zichzelf. Daarnaast verschillen, naast enkele geheugengerelateerde gebieden in hun brein, ook gebieden die in verband worden gebracht met obsessieve gedragingen, bijvoorbeeld overdreven hygiëne, die in sommige van deze mensen ook duidelijk terug te vinden waren.

Valse herinneringen

Naast het feit dat mensen zonder dit opzienbarende geheugen (bijna iedereen dus) veel informatie vergeten, heeft het geheugen ook nog een andere imperfectie. We zijn namelijk ook erg goed in het herinneren van dingen die nooit gebeurd zijn. De Amerikaanse psychologe Elizabeth Loftus zei het laatst heel treffend in haar TED-talk: "Memory works a little bit like a wikipedia-page, you can go in there and change it, but so can other people!" ("Geheugen werkt een beetje als een wikipediapagina, je kan erin gaan om het te veranderen, maar dat kunnen andere mensen ook!"). In verscheidene psychologische experimenten komt duidelijk naar voren dat valse herinneringen "geimplanteerd" kunnen worden, waardoor het vervolgens lijkt dat deze foute herinnering echt gebeurd is. Dit gebeurt continu, door jezelf of door anderen, bewust of onbewust. Daarnaast lijkt ons geheugen ook gaten op te vullen, zoals bijvoorbeeld bij sommige proefpersonen die de aanslagen van 11 september van dichtbij hadden meegemaakt. Een gedeelte van deze proefpersonen dacht zich te herinneren dat ze op televisie een vliegtuig in het Pentagon hadden zien vliegen, terwijl van deze crash nooit beelden zijn uitgezonden. Eenzelfde soort onderzoek is in Nederland gedaan na de Bijlmerramp, met dezelfde resultaten, terwijl ook hier geen beelden zijn van de crash zelf.

Perfect geheugen toch niet zo perfect

Terug naar de mensen met hyperthymesia. In een nieuw onderzoek van onder andere Elizabeth Loftus, is nu aangetoond dat ook deze personen niet gespaard blijven van foute herinneringen. Ook bij hen werden foute herinneringen aangemaakt en ze leken geen verschillen te vertonen met een controle groep van mensen met een gemiddeld geheugen. Dit is opvallend, aangezien de oudere herinneringen die ze zo goed en nauwkeurig kunnen terughalen, uitgebreid getest zijn op correctheid. Het lijkt er nu dus op dat deze herinneringen toch nog achteraf te beïnvloeden zijn, wat de zo perfect lijkende herinneringen van deze mensen toch weer een andere gedaante zou kunnen geven.

Ooggetuigen

Deze bevindingen zijn erg belangrijk voor bijvoorbeeld de rechtspraak. Het is al lang bekend dat valse herinneringen makkelijk worden gevormd en dat hiermee rekening gehouden moet worden bij het gebruik van ooggetuigenverslagen. Nu ook blijkt dat zelfs individuen met een bijna-perfect geheugen niet immuun zijn voor valse herinneringen, werpt dit een nieuw licht op de onbetrouwbaarheid van dit soort middelen, waardoor deze hopelijk minder vaak als doorslaggevend beschouwd zullen worden en minder onschuldige verdachten achter de tralies belanden. Het lijkt er dus op dat een perfect geheugen vooralsnog niet bestaat. Vertrouw je herinneringen dus nooit klakkeloos, het zou zomaar kunnen dat ze enigszins gekleurd zijn!

Wie heeft het gedaan? Dit soort testen zijn niet zo betrouwbaar als ze lijken!
(plaatje van http://www.policemag.com/_Images/articles/M-POL-78.jpg)

Verwijzingen

Zie voor meer informatie over hyperthymesia dit filmpje.
Het originele onderzoekspaper is hier te downloaden (alleen met abonnement).