Hoofdstuk 1: Wat is de oorsprong van de hersenen en gedrag?
1.1 Neurowetenschappen in de eenentwintigste eeuw
Waarom hersenen en gedrag bestuderen?
1. Hoe de hersenen gedrag produceren is een van dé grote wetenschappelijke vragen. Het is een
beginpunt van veel onderzoek.
2. De hersenen zijn een van de meest complexe organen op Aarde en worden bij vele diersoorten
aangetroffen. Er zijn meer dan 90 miljard neuronen in de hersenen te vinden. Dieren kunnen
tegenover planten wel bewegen, ze hebben een zenuwstelsel.
3. Een toenemende lijst van gedragsstoornissen kunnen verklaard en behandeld worden
naarmate onze kennis van de hersenen toeneemt. Zo heb je hersentrauma’s, beroertes,
(angst)klachten, …
Kernvraag
Hoe zijn de hersenen georganiseerd om gedrag te produceren?
1. Hoe zijn hersenen en gedrag geëvolueerd in verschillende diersoorten?
Aan de hand van verschillen tussen dieren, archeologische vondsten, …
2. Hoe zijn de hersenen gerelateerd aan gedrag in ‘normale’ mensen?
Hier zijn verschillende benaderingen over, er worden neurale beelvormingstechnieken gebruikt.
3. Hoe verandert gedrag in mensen met hersenschade of andere dysfuncties van de hersenen?
Dit wordt onderzocht in de neuropsychologie.
Er is veel onderzoek bij dieren zoals muizen en ratten gedaan. Buiten deze kernvraag en andere vragen
zijn er nog veel andere vragen. Ook worden er veel ethische vragen gesteld rond dit onderwerp.
Hersenen en gedrag
Wat bedoelen we met hersenen en gedrag?
Het centrale zenuwstelsel bevindt zich binnen
een verharding: de schedel en in het ruggenmerg.
De hersenen bevinden zich binnen de schedel.
Alles buiten het centrale zenuwstelsel is het
perifere zenuwstelsel. Hieronder vallen het
somatisch, autonoom en enterisch zenuwstelsel.
De biologische definitie van gedrag is ‘patronen
in de tijd’. Bijvoorbeeld de psychologie
daarentegen betrekt de omgeving bij deze
definitie.
Vele onderzoekers stellen zich de vraag of we een vrije wil hebben. De meeste hersenonderzoekers
zeggen dat de mens geen vrije wil heeft. Onder andere Skinner met zijn theorieën over Operante
Conditionering zegt dat mensen geen vrije wil hebben en dat we enkel het gedrag kennen, maar niet
de echte oorzaken. Andere onderzoekers verklaren dat als alles terug te leiden is op de zenuwbanen,
er geen vrije wil is.
Als men naar een voorbeeld kijken van ratten die hebben geleerd angstig te zijn bij geluid kunnen er
twee verklaringen worden gegeven. De biologie verklaart deze reactie op basis van delen van de
1
, hersenen en neurale paden, de psychologie verklaart dit op basis van de vroegere ervaring die de
ratten hadden bij het geluid. De gedragsneurowetenschappen combineert beide verklaringen.
1.2 Benaderingen van de hersenen en gedrag
A. Aristoteles: mentalisme
Aristoteles ging uit van de hypthese dat de geest (psyche) ons gedrag controleert, alle intellectuele
functies worden geproduceerd door de psyche. Ook alle informatie wordt verwerkt door de psyche.
De immateriële psyche staat los van het biologische lichaam. Deze psyche overleeft de dood. Dit wordt
het mentalisme genoemd. Aristotels ging er van uit dat de hersenen enkel het lichaam afkoelden.
B. Descartes: dualisme
Descartes is de grondlegger van het dualisme. Hij plaatste de zetel
van de geest in het brein en verbond de geest met het lichaam. De
geest ontving informatie van het lichaam door de hersenen. De
geest gaf het lichaam ook instructies via de geest. Hij ging er van uit
dat veel niet-rationeel gedrag zoals reflexen, gewoonten, … werden
geproduceerd door de hersenen. Het rationele gedrag zoals leren,
het hoog redeneervermogen, … waren het werk van de immateriële
geest. Deze geest bevond zich volgens Descartes in de pijnappelklier
appelklier aangezien dit het enige gebied in de hersenen is dat in het midden van de hersenen ligt en
geen linker en rechter kant heeft. Deze hypothese is niet juist: veel mensen die schade aan de
pijnappelkier hadden konden toch nog rationeel en intellectueel gedrag vertonen.
C. Darwin en het materialisme
Darwin en het materialisme kenden alles aan de hersenen en het zenuwstelsel toe. Darwin zei dat
mensen wel konden geloven in een geest (die immaterieel is), maar dat deze geen invloed had op het
gedrag. Hij ging er van uit dat:
- Alle levende organismen met elkaar verbonden waren
- De grote diversiteit in de biologische wereld in ontwikkeld vanuit een gemeenschappelijke
voorouder
- En dat natuurlijke selectie bestond.
Deze theorieën op dit terrein beïnvloedde ook andere domeinen. Onder ander nieuwe inzichten in de
genetische erfelijkheid (Mendel) en de epigenetica werden aangebracht. Hieruit volgden de volgende
veronderstellingen.
2
, 1. Omdat alle diersoorten met elkaar verbonden zijn, moeten hun hersenen met elkaar
verbonden zijn.
2. Omdat alle diersoorten met elkaar verbonden zijn, moet hun gedrag met elkaar verbonden
zijn.
3. Hersenen en gedrag in complexe dieren zoals de mens zijn geëvolueerd van de hersenen en
gedrag van eenvoudige dieren en hangen ook af van leren.
D. Het bewustzijn
Hebb, een neuropsycholoog die geloofde in het materialisme schreef in 1949 ‘The organization of
behavior’.
“ Moderne psychologie vindt het vanzelfsprekend dat gedrag en neurale functies perfect
gecorreleerd zijn en het ene volledig het andere verklaard. Er is geen aparte ziel of levenskracht
die de hersenen kan beïnvloeden en neurale cellen dingen laat doen die ze anders niet zouden
doen.”
Het brein produceert bewustzijn.
Dennett schreef in 1978: “Het begrijpen van hersenfuncties kan de mentale uitleg van attributen zoals
bewustzijn, pijn, aandacht , … vervangen.”
Hoe produceert het brein ons bewustzijn?
Klinische casus: locked-in syndroom:
Het locked-in syndroom lijkt op een comateuze toestand maar de patiënten maken alles bewust mee,
ze zijn als het ware gevangen in hun lichaam. Bij diepe hersenstimulatie word de hersenstam
elektrisch gestimuleerd met een diepe naald. Dit wordt soms ook gedaan bij patiënten met Parkinson.
Stimulatie van de hersenstam kan mensen terug meer gedrag laten stellen.
Mensen die in een vegetatieve toestand zitten, vertonen hersenactiviteit als men hen iets vraagt over
een bepaalde beweging bij een MRI-scan.
1.3 Evolutie van hersenen en gedrag
Om aan te tonen dat de hersenen iets met gedrag en intelligentie te maken hebben, gaan we de evolutie
bekijken.
A. Artikel van Knack
- Wat zijn evolutionaire oorzaken van groter wordende hersenen?
Klimaatverandering, nieuwe soorten roofdieren, morfologie (die grotere hersenen toelaten),
sociale groepen.
- Wat zijn kenmerken van hersenen die complex, intelligent gedrag kunnen produceren?
Grootte/ volume van hersenen bekijken niet zo een goede manier maar grootte van
hersenen en grootte van lichaam bekijken want hoe groter lichaam, hoe meer hersencapaciteit
nodig is. Grootte van bepaalde regio’s in de hersenen en hoeveel connecties er tussen die
regio’s zitten
- Streeft de evolutie automatisch naar grotere hersenen?
3
, Neen, want (menselijke) hersenen zijn kleiner geworden doorheen de evolutie. Er zijn nadelen
verbonden aan grotere hersenen: vragen veel energie (voorbeeld van de sponzen)
- Zijn de hersenen van alle dieren op dezelfde manier geëvolueerd?
Neen, bij mensen bv. kleiner geworden en bij olifanten groter. De octopus heeft vanuit de
allereerste zenuwcellen een eigen zenuwstelsel ontwikkeld dat zeer verschillend is van dat van
de zoogdieren. Ze zijn niet allemaal hetzelfde geëvolueerd, maar meeste hebben wel dezelfde
hersenen zoals wij.
- Waaraan kunnen we zien dat kippen complex, intelligent gedrag vertonen?
Kippen kunnen andere kippen herkennen die ze al lang niet meer gezien hebben, zwakkere
kippen helpen (empathie), zijn zeer sociaal, elkaar belazeren, …
- Is de mens zelfs zo slim geworden dat hij eraan ten onder zal gaan?
Het voorbeeld van kernwapens: uitgevonden door de mens, als dit gebruikt wordt kan dit onze
eigen ondergang zijn. De industrie werd vroeger uitgevonden en was positief, dit heeft nu
echter negatieve gevolgen voor de mensheid. Ook de artificiële intelligentie: hoe ver zal dit
gaan?
B. Oorsprong van hersencellen en hersenen
Zenuwstelsels hebben zich opgebouwd en zijn stapje-voorstapje veranderd naarmate dieren
evolueerden. Wij stammen niet af van apen, wij zijn apen.
Werkhypothese: er is een correlatie tussen de grootte/ gewicht van de hersenen en de complexiteit
van het gedrag.
Een zenuwstelsel is niet essentieel voor biologisch leven, de meeste organismen doen het zelfs zonder.
Hier volgt een opbouw van de oplopende complexiteit van dieren.
1. Neuronen en spieren
2. Zenuwstelsels: geen structuur dat aan hersenen of een ruggenmerg doen denken, bestaat
geheel of neuronen die sensorische informatie ontvangen en direct verbinden met andere
neuronen die spieren bewegen.
3. Bilaterale symmetrie: bestaat uit twee delen en heeft een symmetrische structuur, het is al
meer georganiseerd dan enkel zenuwstelsels.
4. Segmentatie: bijvoorbeeld ringwormen bestaan uit een serie van gelijkaardige spier-
segmenten. Bepaalde functies worden aan bepaalde segmenten toegekend. Dit is ook het
geval bij de menselijke hersenen.
5. Ganglia: in zenuwknopen vindt al de lokale informatieverwerking plaats, dit is ook het geval in
ons ruggenmerg.
6. Ruggenmerg: Een baan die het centrale zenuwstelsel met het perifere zenuwstelsel verbindt.
4
, 7. De hersenen: zowel de grootte als de plooien zijn belangrijk.
De grote hersenen (cerebrum) en de kleine hersenen (cerebellum) van de meeste zoogdieren
zitten erg opgeplooid in een smalle schedel. Dit zorgt voor een sterke vergroting van het
hersenoppervlak.
1.4 Evolutie van hersenen en gedrag bij de mens
A. Mensen: leden van de orde van de primaten
De mens is niet speciaal, wel gespecialiseerd. De mens is een lid van de orde van primaten aangezien
ze deze kenmerken hebben:
- excellente kleurperceptie, diepte-perceptie, visuele controle van handbewegingen
- een kind per zwangerschap
mensapen: arboreale dieren met flexibele schouders
Verband tussen hersengrootte en complexiteit van de hersenen van onze voorouders
- Gemeenschappelijke voorouder
- Africanus
- Habilis: eerste mensachtige die werktuigen gebruikte
- Erectus: complexer gedrag (zoals werktuigen maken)
- Neanderthalensis
- Sapiens: grootte verschilt niet veel van Erectus, minder herseninhoud dan Neanderthalensis
B. Hersengrootte verbinden met gedrag hoe wordt hersengrootte berekend en wat betekent het?
ASSUMPTIE: Toegenomen hersengrootte en -complexiteit is in verschillende diersoorten ontwikkeld
om complexer gedrag mogelijk te maken.
1. Vergelijk de hersengrootte met lichaamsgrootte (EQ) = Encephalisatie-quotiënt: de
verhouding van de eigenlijke tot de verwachte hersengrootte. Als de lichaamsgrootte
vergroot, dan vergroot de hersenen normaal 2/3 van de toename van lichaamsgrootte.
C. Elegans versus Blauwe vinvis
302 neuronen 200 ton
959 cellen 15 kg
30% 0.01%
5
1.1 Neurowetenschappen in de eenentwintigste eeuw
Waarom hersenen en gedrag bestuderen?
1. Hoe de hersenen gedrag produceren is een van dé grote wetenschappelijke vragen. Het is een
beginpunt van veel onderzoek.
2. De hersenen zijn een van de meest complexe organen op Aarde en worden bij vele diersoorten
aangetroffen. Er zijn meer dan 90 miljard neuronen in de hersenen te vinden. Dieren kunnen
tegenover planten wel bewegen, ze hebben een zenuwstelsel.
3. Een toenemende lijst van gedragsstoornissen kunnen verklaard en behandeld worden
naarmate onze kennis van de hersenen toeneemt. Zo heb je hersentrauma’s, beroertes,
(angst)klachten, …
Kernvraag
Hoe zijn de hersenen georganiseerd om gedrag te produceren?
1. Hoe zijn hersenen en gedrag geëvolueerd in verschillende diersoorten?
Aan de hand van verschillen tussen dieren, archeologische vondsten, …
2. Hoe zijn de hersenen gerelateerd aan gedrag in ‘normale’ mensen?
Hier zijn verschillende benaderingen over, er worden neurale beelvormingstechnieken gebruikt.
3. Hoe verandert gedrag in mensen met hersenschade of andere dysfuncties van de hersenen?
Dit wordt onderzocht in de neuropsychologie.
Er is veel onderzoek bij dieren zoals muizen en ratten gedaan. Buiten deze kernvraag en andere vragen
zijn er nog veel andere vragen. Ook worden er veel ethische vragen gesteld rond dit onderwerp.
Hersenen en gedrag
Wat bedoelen we met hersenen en gedrag?
Het centrale zenuwstelsel bevindt zich binnen
een verharding: de schedel en in het ruggenmerg.
De hersenen bevinden zich binnen de schedel.
Alles buiten het centrale zenuwstelsel is het
perifere zenuwstelsel. Hieronder vallen het
somatisch, autonoom en enterisch zenuwstelsel.
De biologische definitie van gedrag is ‘patronen
in de tijd’. Bijvoorbeeld de psychologie
daarentegen betrekt de omgeving bij deze
definitie.
Vele onderzoekers stellen zich de vraag of we een vrije wil hebben. De meeste hersenonderzoekers
zeggen dat de mens geen vrije wil heeft. Onder andere Skinner met zijn theorieën over Operante
Conditionering zegt dat mensen geen vrije wil hebben en dat we enkel het gedrag kennen, maar niet
de echte oorzaken. Andere onderzoekers verklaren dat als alles terug te leiden is op de zenuwbanen,
er geen vrije wil is.
Als men naar een voorbeeld kijken van ratten die hebben geleerd angstig te zijn bij geluid kunnen er
twee verklaringen worden gegeven. De biologie verklaart deze reactie op basis van delen van de
1
, hersenen en neurale paden, de psychologie verklaart dit op basis van de vroegere ervaring die de
ratten hadden bij het geluid. De gedragsneurowetenschappen combineert beide verklaringen.
1.2 Benaderingen van de hersenen en gedrag
A. Aristoteles: mentalisme
Aristoteles ging uit van de hypthese dat de geest (psyche) ons gedrag controleert, alle intellectuele
functies worden geproduceerd door de psyche. Ook alle informatie wordt verwerkt door de psyche.
De immateriële psyche staat los van het biologische lichaam. Deze psyche overleeft de dood. Dit wordt
het mentalisme genoemd. Aristotels ging er van uit dat de hersenen enkel het lichaam afkoelden.
B. Descartes: dualisme
Descartes is de grondlegger van het dualisme. Hij plaatste de zetel
van de geest in het brein en verbond de geest met het lichaam. De
geest ontving informatie van het lichaam door de hersenen. De
geest gaf het lichaam ook instructies via de geest. Hij ging er van uit
dat veel niet-rationeel gedrag zoals reflexen, gewoonten, … werden
geproduceerd door de hersenen. Het rationele gedrag zoals leren,
het hoog redeneervermogen, … waren het werk van de immateriële
geest. Deze geest bevond zich volgens Descartes in de pijnappelklier
appelklier aangezien dit het enige gebied in de hersenen is dat in het midden van de hersenen ligt en
geen linker en rechter kant heeft. Deze hypothese is niet juist: veel mensen die schade aan de
pijnappelkier hadden konden toch nog rationeel en intellectueel gedrag vertonen.
C. Darwin en het materialisme
Darwin en het materialisme kenden alles aan de hersenen en het zenuwstelsel toe. Darwin zei dat
mensen wel konden geloven in een geest (die immaterieel is), maar dat deze geen invloed had op het
gedrag. Hij ging er van uit dat:
- Alle levende organismen met elkaar verbonden waren
- De grote diversiteit in de biologische wereld in ontwikkeld vanuit een gemeenschappelijke
voorouder
- En dat natuurlijke selectie bestond.
Deze theorieën op dit terrein beïnvloedde ook andere domeinen. Onder ander nieuwe inzichten in de
genetische erfelijkheid (Mendel) en de epigenetica werden aangebracht. Hieruit volgden de volgende
veronderstellingen.
2
, 1. Omdat alle diersoorten met elkaar verbonden zijn, moeten hun hersenen met elkaar
verbonden zijn.
2. Omdat alle diersoorten met elkaar verbonden zijn, moet hun gedrag met elkaar verbonden
zijn.
3. Hersenen en gedrag in complexe dieren zoals de mens zijn geëvolueerd van de hersenen en
gedrag van eenvoudige dieren en hangen ook af van leren.
D. Het bewustzijn
Hebb, een neuropsycholoog die geloofde in het materialisme schreef in 1949 ‘The organization of
behavior’.
“ Moderne psychologie vindt het vanzelfsprekend dat gedrag en neurale functies perfect
gecorreleerd zijn en het ene volledig het andere verklaard. Er is geen aparte ziel of levenskracht
die de hersenen kan beïnvloeden en neurale cellen dingen laat doen die ze anders niet zouden
doen.”
Het brein produceert bewustzijn.
Dennett schreef in 1978: “Het begrijpen van hersenfuncties kan de mentale uitleg van attributen zoals
bewustzijn, pijn, aandacht , … vervangen.”
Hoe produceert het brein ons bewustzijn?
Klinische casus: locked-in syndroom:
Het locked-in syndroom lijkt op een comateuze toestand maar de patiënten maken alles bewust mee,
ze zijn als het ware gevangen in hun lichaam. Bij diepe hersenstimulatie word de hersenstam
elektrisch gestimuleerd met een diepe naald. Dit wordt soms ook gedaan bij patiënten met Parkinson.
Stimulatie van de hersenstam kan mensen terug meer gedrag laten stellen.
Mensen die in een vegetatieve toestand zitten, vertonen hersenactiviteit als men hen iets vraagt over
een bepaalde beweging bij een MRI-scan.
1.3 Evolutie van hersenen en gedrag
Om aan te tonen dat de hersenen iets met gedrag en intelligentie te maken hebben, gaan we de evolutie
bekijken.
A. Artikel van Knack
- Wat zijn evolutionaire oorzaken van groter wordende hersenen?
Klimaatverandering, nieuwe soorten roofdieren, morfologie (die grotere hersenen toelaten),
sociale groepen.
- Wat zijn kenmerken van hersenen die complex, intelligent gedrag kunnen produceren?
Grootte/ volume van hersenen bekijken niet zo een goede manier maar grootte van
hersenen en grootte van lichaam bekijken want hoe groter lichaam, hoe meer hersencapaciteit
nodig is. Grootte van bepaalde regio’s in de hersenen en hoeveel connecties er tussen die
regio’s zitten
- Streeft de evolutie automatisch naar grotere hersenen?
3
, Neen, want (menselijke) hersenen zijn kleiner geworden doorheen de evolutie. Er zijn nadelen
verbonden aan grotere hersenen: vragen veel energie (voorbeeld van de sponzen)
- Zijn de hersenen van alle dieren op dezelfde manier geëvolueerd?
Neen, bij mensen bv. kleiner geworden en bij olifanten groter. De octopus heeft vanuit de
allereerste zenuwcellen een eigen zenuwstelsel ontwikkeld dat zeer verschillend is van dat van
de zoogdieren. Ze zijn niet allemaal hetzelfde geëvolueerd, maar meeste hebben wel dezelfde
hersenen zoals wij.
- Waaraan kunnen we zien dat kippen complex, intelligent gedrag vertonen?
Kippen kunnen andere kippen herkennen die ze al lang niet meer gezien hebben, zwakkere
kippen helpen (empathie), zijn zeer sociaal, elkaar belazeren, …
- Is de mens zelfs zo slim geworden dat hij eraan ten onder zal gaan?
Het voorbeeld van kernwapens: uitgevonden door de mens, als dit gebruikt wordt kan dit onze
eigen ondergang zijn. De industrie werd vroeger uitgevonden en was positief, dit heeft nu
echter negatieve gevolgen voor de mensheid. Ook de artificiële intelligentie: hoe ver zal dit
gaan?
B. Oorsprong van hersencellen en hersenen
Zenuwstelsels hebben zich opgebouwd en zijn stapje-voorstapje veranderd naarmate dieren
evolueerden. Wij stammen niet af van apen, wij zijn apen.
Werkhypothese: er is een correlatie tussen de grootte/ gewicht van de hersenen en de complexiteit
van het gedrag.
Een zenuwstelsel is niet essentieel voor biologisch leven, de meeste organismen doen het zelfs zonder.
Hier volgt een opbouw van de oplopende complexiteit van dieren.
1. Neuronen en spieren
2. Zenuwstelsels: geen structuur dat aan hersenen of een ruggenmerg doen denken, bestaat
geheel of neuronen die sensorische informatie ontvangen en direct verbinden met andere
neuronen die spieren bewegen.
3. Bilaterale symmetrie: bestaat uit twee delen en heeft een symmetrische structuur, het is al
meer georganiseerd dan enkel zenuwstelsels.
4. Segmentatie: bijvoorbeeld ringwormen bestaan uit een serie van gelijkaardige spier-
segmenten. Bepaalde functies worden aan bepaalde segmenten toegekend. Dit is ook het
geval bij de menselijke hersenen.
5. Ganglia: in zenuwknopen vindt al de lokale informatieverwerking plaats, dit is ook het geval in
ons ruggenmerg.
6. Ruggenmerg: Een baan die het centrale zenuwstelsel met het perifere zenuwstelsel verbindt.
4
, 7. De hersenen: zowel de grootte als de plooien zijn belangrijk.
De grote hersenen (cerebrum) en de kleine hersenen (cerebellum) van de meeste zoogdieren
zitten erg opgeplooid in een smalle schedel. Dit zorgt voor een sterke vergroting van het
hersenoppervlak.
1.4 Evolutie van hersenen en gedrag bij de mens
A. Mensen: leden van de orde van de primaten
De mens is niet speciaal, wel gespecialiseerd. De mens is een lid van de orde van primaten aangezien
ze deze kenmerken hebben:
- excellente kleurperceptie, diepte-perceptie, visuele controle van handbewegingen
- een kind per zwangerschap
mensapen: arboreale dieren met flexibele schouders
Verband tussen hersengrootte en complexiteit van de hersenen van onze voorouders
- Gemeenschappelijke voorouder
- Africanus
- Habilis: eerste mensachtige die werktuigen gebruikte
- Erectus: complexer gedrag (zoals werktuigen maken)
- Neanderthalensis
- Sapiens: grootte verschilt niet veel van Erectus, minder herseninhoud dan Neanderthalensis
B. Hersengrootte verbinden met gedrag hoe wordt hersengrootte berekend en wat betekent het?
ASSUMPTIE: Toegenomen hersengrootte en -complexiteit is in verschillende diersoorten ontwikkeld
om complexer gedrag mogelijk te maken.
1. Vergelijk de hersengrootte met lichaamsgrootte (EQ) = Encephalisatie-quotiënt: de
verhouding van de eigenlijke tot de verwachte hersengrootte. Als de lichaamsgrootte
vergroot, dan vergroot de hersenen normaal 2/3 van de toename van lichaamsgrootte.
C. Elegans versus Blauwe vinvis
302 neuronen 200 ton
959 cellen 15 kg
30% 0.01%
5
