CNS - Samenvattingen JOHO
H1
Het werkveld van cognitieve neurowetenschappen is een redelijk nieuw veld en is
ontstaan uit de neurowetenschap, een biomedisch veld, en de cognitieve wetenschap,
een veld dat geïnteresseerd is in mentale processen. Binnen de cognitieve wetenschap
worden basale functies als perceptie en motorische processen onderzocht, maar ook
emoties en gedachten. Om de functie van het brein te onderzoeken wordt van
verschillende methoden gebruik gemaakt; zoals het onderzoeken van het effect van
hersenschade, het monitoren van enkele neuronen, of het tijdelijk deactiveren van
hersendelen.
Wat zijn cognitieve functies?
Cognitieve functies bestaan uit een aantal processen waardoor mensen en andere dieren
externe stimuli kunnen waarnemen. Dit wordt gedaan door de aandacht op belangrijke
informatie te richten en dit in het geheugen op te slaan; dit leidt uiteindelijk tot
gedachten en acties. Sommigen omschrijven 'cognitie' als de processen die worden
beïnvloed door de geest, maar dit betreft alleen subjectieve bewuste ervaringen. Omdat
cognitieve functies ook op onbewust niveau kunnen functioneren wordt deze term liever
niet gebruikt.
Waaruit bestaat de geschiedenis van onderzoek
naar cognitie?
Filosofen onderzochten cognitie door conclusies te trekken uit introspectie en
beredenatie. In de 19e eeuw onderzochten de eerste wetenschappers cognitie door
middel van gedragsobservatie en experimentele manipulatie. Veel van deze methoden
worden ook nu nog gebruikt. Aan het begin van de 20e eeuw ontstond het behaviorisme
waarbij de nadruk lag op gecontroleerde experimenten waarin objectieve externe stimuli
gekoppeld werden aan meetbaar gedrag. Er werd bijvoorbeeld onderzocht hoe
verschillende stimuli het gedrag van individuen konden beïnvloeden. Dit onderzoek werd
vaak bij niet menselijke dieren gedaan, omdat aangenomen werd dat zij hetzelfde leren
als mensen. De bevindingen werden wel gebruikt om toe te kunnen passen op menselijke
problemen, zoals verslaving. Tot op heden worden bepaalde technieken nog steeds
gebruikt, zoals stimulus-respons leren. Ondanks dat behavioristen cognitieve functies
negeerden, hebben zij wel de basis gelegd voor een objectieve experimentele benadering
binnen de psychologie.
Cognitieve wetenschap
In het midden van de 20e eeuw vonden opnieuw verschillende ontwikkelingen plaats. Zo
werd de computer als metafoor voor de geest gebruikt. Miller concludeerde na
verschillende onderzoeken dat complexe stimuli worden gehercodeerd in kleinere
onderdelen door geheugenprocessen. De visie van de behavioristen werd bekritiseerd,
Chomsky stelde bijvoorbeeld dat het behaviorisme de ontwikkeling van taal bij kinderen
niet kan verklaren. Er werden cognitieve modellen ontwikkeld om te kunnen verklaren
hoe sensorische input tot gedragsmatige output leidt. Bij deze modellen worden
psychologische processen en interne ervaringen betrokken. Psychologische constructen
zijn onderdelen van cognitieve modellen welke belangrijk zijn voor het verklaren van
bepaalde fenomenen, maar zonder te kijken naar oorzaken in het brein.
,Neurowetenschap
In de neurowetenschap wordt onderzocht hoe het zenuwstelsel georganiseerd is en hoe
deze functioneert. Begin 19e eeuw was al bekend dat schade aan het cerebellum kan
zorgen voor verandering in cognitie. Frenologen maakten een kaart van de schedel
waaraan ze verschillende functies en karaktertrekken toeschreven. Deze theorie werd
verworpen nadat ontdekt werd dat de vorm van de schedel geen relatie had tot de
onderliggende structuur van het brein zelf. Wel is belangrijk dat hier de basis is gelegd
voor het idee dat verschillende hersendelen betrokken zijn bij verschillende vormen van
informatie verwerking: de lokalisatie van functie. Aan het einde van de 19e eeuw werden
neuronen ontdekt en werd aangetoond dat cognitieve processen uitgevoerd worden door
grote populaties van neuronen. Signalen worden vervoerd langs axonen door middel van
actie potentialen. Neurotransmitters worden door neuronen gebruikt om andere cellen te
stimuleren, ze worden vrijgegeven door synapsen die zich in de neuronale axonen
bevinden. Depressie is een stoornis die zich kenmerkt door neurotransmitter disfunctie.
Cognitieve neurowetenschap
Cognitieve neurowetenschappers koppelen cognitieve processen die gedrag beïnvloeden
aan onderliggende hersenfuncties. Een onderdeel van cognitieve neurowetenschap is het
relateren van geactiveerde hersendelen aan psychologische processen, al is dit niet alles
omvattend. Een studie waarbij hersenactiviteit gemeten werd, toonde aan dat
aandachtsfilters zowel aan het begin van de verwerking als op latere momenten plaats
vind. Ook het onderzoeken van individuele verschillen in cognitie draagt bij aan het
begrip van de neuronale basis voor cognitie.
Welke methoden worden er gebruikt?
Binnen de cognitieve neurowetenschap worden vaak meerdere methoden gebruikt. Dit
heeft twee voordelen:
1. Convergentie: Het combineren van verschillende experimentele onderzoeken
om de gevonden resultaten te kunnen versterken. Wanneer de opzet van een
onderzoek steeds iets veranderd wordt, maar wel dezelfde resultaten
verkrijgt, is het meer plausibel dat het gevonden resultaat toe te schrijven is
aan de onderzochte variabele dan wanneer één onderzoek dit aangetoond
heeft.
2. Complementariteit: hierbij worden verschillende methoden gebruikt die elk
net andere informatie geven over hersenfuncties. Zo meet functional
magnetic resonance imaging (fMRI) bijvoorbeeld bloed en zuurstof levels en
single unit recording toont aan hoe neuronen informatie verzenden. Methoden
zoals transcranial magnetic stimulation (TMS) kunnen hersenfuncties tijdelijk
veranderen en kunnen daarom causale verbanden aantonen.
Alle technieken hebben hun krachten en zwakheden waardoor het combineren van
verschillende resultaten voordelig is.
Meta-analyse
Meta-analyses worden gebruikt om informatie van verschillende onderzoeken samen te
voegen. Omdat veel onderzoeken binnen de cognitieve wetenschap relatief weinig
proefpersonen bevatten, verbetert dit de kracht en precisie van resultaten. Vooral het
begrip van de complexe neurale basis van cognitieve functies kan hiermee verbeterd
worden.
Er bestaan drie benaderingen voor het uitvoeren van meta-analyses:
,1. Een kwalitatieve meta-analyse: hierbij worden eerst studies verzameld die
dezelfde cognitieve functies onderzoeken waarna gezocht wordt naar
overeenkomsten tussen resultaten.
2. Kwantitatieve meta-analyse: hierbij worden fMRI activaties uit verschillende
onderzoeken naast elkaar gelegd om de waarschijnlijkheid van deze
hersengebieden bij bepaalde functies te onderzoeken. Hiernaast kunnen
subtiele functionele verschillen binnen een hersendeel aangetoond worden
met deze benadering.
3. Semantische meta-analyse: hierbij worden onderzoeken gecombineerd aan
de hand van onderliggende concepten. De relatie tussen verschillende
concepten kan hierdoor aangetoond worden, maar complexe cognitieve
functies kunnen ook opgedeeld worden in basale cognitieve functies.
, H2
De methoden van onderzoek binnen de neurowetenschap kunnen verdeeld worden in
twee categorieën:
1. Hersenverstoringen: het onderzoeken van cognitief gedrag wanneer het brein
verstoord is, bijvoorbeeld door een laesie of beroerte.
2. Structurele hersen imaging: het meten van hersenactiviteit terwijl cognitieve
taken uitgevoerd worden. Dit wordt gedaan door gebruik te maken van
elektrofysiologische en imaging technieken.
In de jaren dertig van de 20e eeuw werden voor het eerst cognitieve hersenfuncties
onderzocht waarbij gebruik werd gemaakt van intracraniële elektrische stimulatie. Dit
werd gedaan door de neurochirurg Penfield, zodat hij tijdens operaties geen cruciale
delen weg sneed. Op deze manier heeft hij de sensorische en de motorische cortex in
kaart gebracht. Eén van zijn belangrijkste bevindingen was dat aangrenzende
lichaamsdelen ook in de cortex aan elkaar grenzen. Hiermee heeft hij het lichaam in de
hersenen in kaart gebracht, de zogenoemde homunculus.
Hoe worden hersenverstoringen onderzocht?
Wanneer cognitieve functies verstoord zijn door schade aan de hersenen kan gesteld
worden dat dit hersendeel kritiek betrokken is bij die functie.
Twee nadelen van deze methode zijn:
1. Dat de schade voort kan komen uit verschillende factoren en er niet
gecontroleerd kan worden wat de schade veroorzaakte.
2. Dat de schade aan één hersendeel verschillende effecten op cognitieve
functies kan hebben.
3. Dat de distributie van hersendelen die betrokken zijn bij cognitieve functies
verschillen tussen individuen.
Door informatie van verschillende patiënten te combineren kan met meer zekerheid
gesteld worden welk hersendeel cruciaal betrokken is bij een bepaalde functie.
Een andere manier om te onderzoeken welke hersendelen betrokken zijn bij bepaalde
functies is door chirurgische laesies te maken in dieren en daarna te onderzoeken of zij
bepaalde taken nog uit kunnen voeren. Een nadeel hiervan is wel dat veel training nodig
is om deze dieren te leren om een taak uit te voeren. Een nadeel van alle laesie studies,
bij mensen of bij andere dieren, is dat schade aan een hersendeel ook de werking van
andere hersendelen kan beïnvloeden, dit wordt diaschisis genoemd en kan leiden tot het
onterecht toeschrijven van functies aan bepaalde hersendelen.
Welke structurele neuroimaging-technieken
bestaan er?
Röntgenstraling was de eerste non-invasie imaging techniek waarmee een
tweedimensionaal beeld verkregen wordt.
Computerized tomography (CT) gebruikt een beweegbare röntgenstraling
waarmee het eerste driedimensionale beeld verkregen kon worden.
Magnetische Resosantie Imaging (MRI): wordt tegenwoordig gebruikt als
vervanger van CT. Het werking van magnetische resonantie werkt als volgt:
H1
Het werkveld van cognitieve neurowetenschappen is een redelijk nieuw veld en is
ontstaan uit de neurowetenschap, een biomedisch veld, en de cognitieve wetenschap,
een veld dat geïnteresseerd is in mentale processen. Binnen de cognitieve wetenschap
worden basale functies als perceptie en motorische processen onderzocht, maar ook
emoties en gedachten. Om de functie van het brein te onderzoeken wordt van
verschillende methoden gebruik gemaakt; zoals het onderzoeken van het effect van
hersenschade, het monitoren van enkele neuronen, of het tijdelijk deactiveren van
hersendelen.
Wat zijn cognitieve functies?
Cognitieve functies bestaan uit een aantal processen waardoor mensen en andere dieren
externe stimuli kunnen waarnemen. Dit wordt gedaan door de aandacht op belangrijke
informatie te richten en dit in het geheugen op te slaan; dit leidt uiteindelijk tot
gedachten en acties. Sommigen omschrijven 'cognitie' als de processen die worden
beïnvloed door de geest, maar dit betreft alleen subjectieve bewuste ervaringen. Omdat
cognitieve functies ook op onbewust niveau kunnen functioneren wordt deze term liever
niet gebruikt.
Waaruit bestaat de geschiedenis van onderzoek
naar cognitie?
Filosofen onderzochten cognitie door conclusies te trekken uit introspectie en
beredenatie. In de 19e eeuw onderzochten de eerste wetenschappers cognitie door
middel van gedragsobservatie en experimentele manipulatie. Veel van deze methoden
worden ook nu nog gebruikt. Aan het begin van de 20e eeuw ontstond het behaviorisme
waarbij de nadruk lag op gecontroleerde experimenten waarin objectieve externe stimuli
gekoppeld werden aan meetbaar gedrag. Er werd bijvoorbeeld onderzocht hoe
verschillende stimuli het gedrag van individuen konden beïnvloeden. Dit onderzoek werd
vaak bij niet menselijke dieren gedaan, omdat aangenomen werd dat zij hetzelfde leren
als mensen. De bevindingen werden wel gebruikt om toe te kunnen passen op menselijke
problemen, zoals verslaving. Tot op heden worden bepaalde technieken nog steeds
gebruikt, zoals stimulus-respons leren. Ondanks dat behavioristen cognitieve functies
negeerden, hebben zij wel de basis gelegd voor een objectieve experimentele benadering
binnen de psychologie.
Cognitieve wetenschap
In het midden van de 20e eeuw vonden opnieuw verschillende ontwikkelingen plaats. Zo
werd de computer als metafoor voor de geest gebruikt. Miller concludeerde na
verschillende onderzoeken dat complexe stimuli worden gehercodeerd in kleinere
onderdelen door geheugenprocessen. De visie van de behavioristen werd bekritiseerd,
Chomsky stelde bijvoorbeeld dat het behaviorisme de ontwikkeling van taal bij kinderen
niet kan verklaren. Er werden cognitieve modellen ontwikkeld om te kunnen verklaren
hoe sensorische input tot gedragsmatige output leidt. Bij deze modellen worden
psychologische processen en interne ervaringen betrokken. Psychologische constructen
zijn onderdelen van cognitieve modellen welke belangrijk zijn voor het verklaren van
bepaalde fenomenen, maar zonder te kijken naar oorzaken in het brein.
,Neurowetenschap
In de neurowetenschap wordt onderzocht hoe het zenuwstelsel georganiseerd is en hoe
deze functioneert. Begin 19e eeuw was al bekend dat schade aan het cerebellum kan
zorgen voor verandering in cognitie. Frenologen maakten een kaart van de schedel
waaraan ze verschillende functies en karaktertrekken toeschreven. Deze theorie werd
verworpen nadat ontdekt werd dat de vorm van de schedel geen relatie had tot de
onderliggende structuur van het brein zelf. Wel is belangrijk dat hier de basis is gelegd
voor het idee dat verschillende hersendelen betrokken zijn bij verschillende vormen van
informatie verwerking: de lokalisatie van functie. Aan het einde van de 19e eeuw werden
neuronen ontdekt en werd aangetoond dat cognitieve processen uitgevoerd worden door
grote populaties van neuronen. Signalen worden vervoerd langs axonen door middel van
actie potentialen. Neurotransmitters worden door neuronen gebruikt om andere cellen te
stimuleren, ze worden vrijgegeven door synapsen die zich in de neuronale axonen
bevinden. Depressie is een stoornis die zich kenmerkt door neurotransmitter disfunctie.
Cognitieve neurowetenschap
Cognitieve neurowetenschappers koppelen cognitieve processen die gedrag beïnvloeden
aan onderliggende hersenfuncties. Een onderdeel van cognitieve neurowetenschap is het
relateren van geactiveerde hersendelen aan psychologische processen, al is dit niet alles
omvattend. Een studie waarbij hersenactiviteit gemeten werd, toonde aan dat
aandachtsfilters zowel aan het begin van de verwerking als op latere momenten plaats
vind. Ook het onderzoeken van individuele verschillen in cognitie draagt bij aan het
begrip van de neuronale basis voor cognitie.
Welke methoden worden er gebruikt?
Binnen de cognitieve neurowetenschap worden vaak meerdere methoden gebruikt. Dit
heeft twee voordelen:
1. Convergentie: Het combineren van verschillende experimentele onderzoeken
om de gevonden resultaten te kunnen versterken. Wanneer de opzet van een
onderzoek steeds iets veranderd wordt, maar wel dezelfde resultaten
verkrijgt, is het meer plausibel dat het gevonden resultaat toe te schrijven is
aan de onderzochte variabele dan wanneer één onderzoek dit aangetoond
heeft.
2. Complementariteit: hierbij worden verschillende methoden gebruikt die elk
net andere informatie geven over hersenfuncties. Zo meet functional
magnetic resonance imaging (fMRI) bijvoorbeeld bloed en zuurstof levels en
single unit recording toont aan hoe neuronen informatie verzenden. Methoden
zoals transcranial magnetic stimulation (TMS) kunnen hersenfuncties tijdelijk
veranderen en kunnen daarom causale verbanden aantonen.
Alle technieken hebben hun krachten en zwakheden waardoor het combineren van
verschillende resultaten voordelig is.
Meta-analyse
Meta-analyses worden gebruikt om informatie van verschillende onderzoeken samen te
voegen. Omdat veel onderzoeken binnen de cognitieve wetenschap relatief weinig
proefpersonen bevatten, verbetert dit de kracht en precisie van resultaten. Vooral het
begrip van de complexe neurale basis van cognitieve functies kan hiermee verbeterd
worden.
Er bestaan drie benaderingen voor het uitvoeren van meta-analyses:
,1. Een kwalitatieve meta-analyse: hierbij worden eerst studies verzameld die
dezelfde cognitieve functies onderzoeken waarna gezocht wordt naar
overeenkomsten tussen resultaten.
2. Kwantitatieve meta-analyse: hierbij worden fMRI activaties uit verschillende
onderzoeken naast elkaar gelegd om de waarschijnlijkheid van deze
hersengebieden bij bepaalde functies te onderzoeken. Hiernaast kunnen
subtiele functionele verschillen binnen een hersendeel aangetoond worden
met deze benadering.
3. Semantische meta-analyse: hierbij worden onderzoeken gecombineerd aan
de hand van onderliggende concepten. De relatie tussen verschillende
concepten kan hierdoor aangetoond worden, maar complexe cognitieve
functies kunnen ook opgedeeld worden in basale cognitieve functies.
, H2
De methoden van onderzoek binnen de neurowetenschap kunnen verdeeld worden in
twee categorieën:
1. Hersenverstoringen: het onderzoeken van cognitief gedrag wanneer het brein
verstoord is, bijvoorbeeld door een laesie of beroerte.
2. Structurele hersen imaging: het meten van hersenactiviteit terwijl cognitieve
taken uitgevoerd worden. Dit wordt gedaan door gebruik te maken van
elektrofysiologische en imaging technieken.
In de jaren dertig van de 20e eeuw werden voor het eerst cognitieve hersenfuncties
onderzocht waarbij gebruik werd gemaakt van intracraniële elektrische stimulatie. Dit
werd gedaan door de neurochirurg Penfield, zodat hij tijdens operaties geen cruciale
delen weg sneed. Op deze manier heeft hij de sensorische en de motorische cortex in
kaart gebracht. Eén van zijn belangrijkste bevindingen was dat aangrenzende
lichaamsdelen ook in de cortex aan elkaar grenzen. Hiermee heeft hij het lichaam in de
hersenen in kaart gebracht, de zogenoemde homunculus.
Hoe worden hersenverstoringen onderzocht?
Wanneer cognitieve functies verstoord zijn door schade aan de hersenen kan gesteld
worden dat dit hersendeel kritiek betrokken is bij die functie.
Twee nadelen van deze methode zijn:
1. Dat de schade voort kan komen uit verschillende factoren en er niet
gecontroleerd kan worden wat de schade veroorzaakte.
2. Dat de schade aan één hersendeel verschillende effecten op cognitieve
functies kan hebben.
3. Dat de distributie van hersendelen die betrokken zijn bij cognitieve functies
verschillen tussen individuen.
Door informatie van verschillende patiënten te combineren kan met meer zekerheid
gesteld worden welk hersendeel cruciaal betrokken is bij een bepaalde functie.
Een andere manier om te onderzoeken welke hersendelen betrokken zijn bij bepaalde
functies is door chirurgische laesies te maken in dieren en daarna te onderzoeken of zij
bepaalde taken nog uit kunnen voeren. Een nadeel hiervan is wel dat veel training nodig
is om deze dieren te leren om een taak uit te voeren. Een nadeel van alle laesie studies,
bij mensen of bij andere dieren, is dat schade aan een hersendeel ook de werking van
andere hersendelen kan beïnvloeden, dit wordt diaschisis genoemd en kan leiden tot het
onterecht toeschrijven van functies aan bepaalde hersendelen.
Welke structurele neuroimaging-technieken
bestaan er?
Röntgenstraling was de eerste non-invasie imaging techniek waarmee een
tweedimensionaal beeld verkregen wordt.
Computerized tomography (CT) gebruikt een beweegbare röntgenstraling
waarmee het eerste driedimensionale beeld verkregen kon worden.
Magnetische Resosantie Imaging (MRI): wordt tegenwoordig gebruikt als
vervanger van CT. Het werking van magnetische resonantie werkt als volgt:
