Onze hersenen maken voor het ervaren van één zintuiglijke ervaring gebruik van twee codes. Dit stelt Cyriel Pennartz, hoogleraar Dierfysiologie en cognitieve neurobiologie aan de Universiteit van Amsterdam, in een nieuw ontwikkelde theorie. Tot nog toe was onduidelijk hoe de hersenen een bepaald ‘brok' aan elektrische pulsen herkennen als behorende tot tastzin, gezichtsvermogen of een ander zintuig. De theorie moet een aanzet leveren tot nieuwe experimenten en computersimulaties. Het onderzoek van Pennartz is afgelopen maand gepubliceerd op de website van het wetenschappelijk tijdschrift Consciousness and Cognition. Later dit jaar verschijnt zijn onderzoek in de papieren editie van dit tijdschrift.

Pennartz heeft zich tijdens zijn onderzoek beziggehouden met het Qualia-probleem. Dit probleem heeft te maken met de filosofische vraag hoe het komt dat onze bewuste, subjectieve waarneming worden gekenmerkt door bijzonder verschillende sensaties (zoals zien, ruiken, horen, voelen), terwijl de hersenprocessen die aanleiding geven tot deze sensaties in wezen gelijksoortig zijn.

De klassieke kijk op het probleem: de labeled-lines hypothese

De oplossing voor het probleem werd tot nu toe in de labeled-lines hypothese gevonden. Deze hypothese houdt in dat de aard van de zintuiglijke waarneming die een persoon ondergaat, wordt bepaald door het soort zintuig en daaraan verbonden zenuwvezel, die op dat moment geprikkeld worden. Zo geeft het uitoefenen van druk op de huid een tastsensatie via prikkeling van tastzintuigjes, maar geeft een sterke drukprikkel op het oog aanleiding tot een visuele sensatie (sterretjes, lichtflits). Pennartz stelt dat er met deze theorie iets raars aan de hand is. Ten eerste werken alle zenuwvezels van zintuig naar hersenen op dezelfde manier: allemaal brengen ze informatie over met elektrische impulsen (spikes). Ten tweede worden de hersenen zelf niet geïnformeerd over de aard van de zintuigjes die de impulstreintjes uitsturen, en evenmin over de anatomische oorsprong van de zenuwvezels (bijvoorbeeld de huid). De vraag blijft dus bestaan hoe de hersenen een bepaald ‘brok' aan elektrische pulsen herkennen als behorende tot tastzin, gezichtsvermogen of een ander zintuig. Ter vergelijking: een serie ‘nullen en enen' maakt nog geen ervaring van de kleur ‘blauw'. Om deze vraag te beantwoorden is een nieuwe theorie nodig.

Twee codes voor één ervaring

Pennartz beschrijft in zijn nieuwe theorie het probleem door het perspectief allereerst te verplaatsen naar netwerken van groepen hersencellen die informatie uit verschillende modaliteiten uitwisselen en met elkaar vergelijken. De aard van een zintuiglijke waarneming wordt verklaard uit de relaties die een bepaalde sensatie heeft met andere sensaties, die hiermee samengaan of juist niet.

Hoewel vruchtbaar, blijkt deze benadering op zich niet voldoende te zijn om elektrische signalen een inhoud te geven die in onze ervaringswereld iets voorstelt (bijvoorbeeld de kleur ‘rood'). Een elektrisch hersensignaal betekent op zich voor de bezitter van deze hersenen nog niets, ook al wordt het uitgewisseld met andere hersengebieden. Daarom poneert Pennartz een tweede, radicaler idee: hersennetwerken maken gebruiken van twee manieren om een bewuste ervaring te coderen. De eerste manier heeft betrekking op de snelheid waarmee een hersencel impulsen afgeeft. Deze (klassieke) manier wordt gebruikt om een eigenschap te ‘detecteren', echter zonder ervaringsbetekenis (vergelijk het met een thermostaat die aanslaat bij kou). De tweede manier berust op de fase waarin de ene hersencel actief is ten opzichte van de andere (twee pendules die ‘gelijk op' slingeren hebben een andere fase dan wanneer de slingers in tegengestelde richting gaan). De onderlinge fase van celactiviteit kan gebruikt worden om de relaties tussen de zintuiglijke kenmerken, die door afzonderlijke cellen worden gedetecteerd, te coderen. Pennartz stelt dus dat het de combinatie van impulssnelheid en fase is die voldoende krachtig is om, op het niveau van netwerken van hersencellen, een geïntegreerde zintuiglijke ervaring met betekenis op te leveren.

Publicatiegegevens

Pennartz, C.M.A. Identification and integration of sensory modalities: Neural basis and relation to consciousness. Consciousness and Cognition (Online editie, 5 mei 2009).