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!