We leven altijd in het verleden.

Doe op zaterdag eens het volgende experiment op de badkamer of in je bed.
Raak op precies hetzelfde moment met je ene hand je neus aan en met je andere hand één van je voeten.

Je zal die twee aanrakingen als gelijktijdig ervaren.
Maar dat kan eigenlijk niet.
Want de zenuwimpuls van je neus naar je hersenen moet toch een kortere weg afleggen dan die welke van je voet naar je hersenen gaat.
Hoe komt het dan dat we toch gelijktijdigheid ervaren?
Volgens David Eagleman van het Salkinstituut heeft dit te maken met het gegeven dat onze hersenen tijd nodig hebben om iets bewust te ervaren. En ze wachten tot alle relevante analoge signalen binnen zijn voor ze die interpreteren. Wat binnen die “wachttijd” binnenkomt wordt als gelijktijdig ervaren.
Uit de experimenten van Eagleman blijkt dat de tijd tussen het moment waarop iets gebeurt en het moment waarop wij ons daar bewust van zijn, ongeveer 80 milliseconden bedraagt.
We leven dus altijd in het verleden. Slechts 80 milliseconden, dat valt nog mee.
Ik denk er te kennen die veel meer achter lopen… 

Broca’s brain

32 jaar geleden was ik op reis in Amerika.
Wie mij kent weet dat dit voor mij een zeer gedenkwaardige reis was.
In New York kocht ik op Fifth Avenue Broca’s Brain, het schitterende boek van Carl Sagan.

Alhoewel het boek grotendeels  over wetenschapsfilosofie gaat, komt ook het werk van de Franse anatomist Paul Broca ter sprake.

Broca is het best bekend voor zijn onderzoek naar het lokaliseren van gebieden in de hersenen die samenhangen met bepaalde hersenfuncties.
Zo kon Broca in 1865 het motorisch spraakcentrum lokaliseren.
Dit is het hersengedeelte dat er voor zorgt dat we fysiek kunnen spreken. D.w.z. dat we de juiste keel-en mondbewegingen kunnen maken bij het uitspreken van woorden.
Het spraakcentrum dat verantwoordelijk is voor het begrijpen van taal werd een tiental jaar later door Wernicke ontdekt.
Broca kwam tot zijn ontdekking door onderzoek van hersenen van overleden mensen met een spraakstoornis. De fysiologische afwijkingen die hij in die hersenen vond, lieten hem toe het spraakcentrum vast te leggen.
Maar daarmee was nog niet bekend, hoe dat spraakcentrum precies werkt.
Hersenonderzoek op levende mensen is immers een moeilijke zaak omdat hersenscans te weinig details opleveren om de neuronenactiviteit te kunnen koppelen aan het uitspreken van woorden bijvoorbeeld.

In het oktobernummer van Science laten Amerikaanse wetenschappers weten dat ze een belangrijke stap gezet hebben in de opheldering van die werking.
Ze pasten daarvoor een bijzondere techniek toe: intercraniale electrofysiologie.
Bij die techniek worden flinterdunne elektroden zeer precies in de hersenen ingeplant en de hersenactiviteit wordt geregistreerd door het meten van spanningsvariaties.
Op die wijze ze erin geslaagd de opeenvolgende fasen van woordherkenning, grammaticale interpretatie en uitspreken, vast te leggen in specifieke delen van Broca’s gebied.
Ze deden hun onderzoek via leestesten bij mensen die geen enkel spraakgebrek vertoonden.
Voor de woordherkenning waren 200 milliseconden nodig, voor de grammaticale interpretatie 320 milliseconden en voor de spraakverwerking 450 milliseconden. Ze konden ook de precieze gebieden voor elk van die activiteiten lokaliseren. Ze lagen op een paar millimeter van elkaar!

Het bijzondere van dit verhaal ligt hem in het feit dat de drie mensen die de lees- en spraaktesten deden, epilepsiepatiënten waren die, op het moment van het onderzoek, werden klaargemaakt werden voor een hersenoperatie die hen moest afhelpen van hun kwaal.
Er werd dus gebruik gemaakt van de situatie waarbij al elektroden in de hersenen waren ingeplant ter voorbereiding van een chirurgische ingreep.
Zelfs in die precaire situatie waren die patiënten bereid om lees- en spraaktesten te doen.
Over zich opofferen voor de wetenschap gesproken…

Ongewild rondjes draaien

Gisteren had ik het over de rivaliteit tussen de partners in onze dubbel uitgevoerde zintuigen.
En eigenlijk ging het om de hulpeloosheid van onze hersenen bij het verwerken van twee totaal verschillende signalen, elk apart afkomstig van een zintuigpartner van eenzelfde soort (ogen, oren, neusgaten).

Vandaag serveer ik jullie nog een staaltje van de beperktheid van onze grijze materie.
Dit keer gaat het over ons onvermogen om een vaste richting aan te houden als er geen oriëntatiemiddelen voorhanden zijn.
Als de zon of de maan niet van de partij is en je bevindt je in een desolate omgeving zonder herkenningspunten, dan kan je bij het stappen geen vaste richting aanhouden.
Dan begin je onwillekeurig in rondjes te lopen.

Mijn bron is weer Current Biology.
In het laatste online-nummer is een studie verschenen van een groep onder leiding van Jan Souman, een onderzoeker van het Max Planck Instituut voor Biologische Cybernetica in Tübingen.
Die groep heeft proefpersonen laten rondlopen in een uitgestrekt bosgebied in Duitsland en in de Sahara.
De proefpersonen konden in hun beweging gevolgd worden via GPS.
Zo’n beetje zoals de ree van de bospoeper in “Van vlees en bloed”...
Of ben je dat al vergeten?

De gevolgen waren duidelijk.
Als de zon weg was (‘s nachts of bij sterke bewolking) konden de proefpersonen geen rechte weg blijven volgen. Ze maakten steeds cirkels, terwijl ze er zelf van overtuigd waren dat ze rechtdoor liepen.
Als de zon van de partij was, was rechtdoor lopen een fluitje van een cent.
Een echte verklaring waarom het in de zon zo goed lukt heeft men niet. Bij urenlange wandelingen kan de zon immers over meerdere tientallen graden verschuiven. Souman denkt dat mensen dan o.a. hun schaduw als oriëntatiemiddel gebruiken.

Wanneer men de proefpersonen blinddoekte en ze over een uitgestrekte vlakte liet lopen, draaiden ze ook rondjes.
Soms zelfs rondjes van minder dan 20 meter diameter. En de afbuiging van de rechte lijn was volkomen willekeuring: soms naar rechts, soms naar links.
Dit laatste ontkracht de stelling dat mensen bij het wandelen de neiging de hebben een favoriete “beenkant” te kiezen, waardoor ze eerder naar die kant afdraaien dan naar de andere.
Souman denkt dat het geheel van indrukken (hij noemt het “sensory noise”) die op een bepaald moment bij de wandelaar binnenkomen (geluiden in de verte b.v., wind, hobbelige of minder hobbelige ondergrond,…) de beslissing om naar links of naar rechts af te wijken bepaalt.

Souman wil dit nu verder onderzoeken met een zogenaamde “omnidirectional treadmill”.
Dit is een soort loopband zoals je die wel kent van de fitnesscentra (of misschien zelfs van thuis!).
Maar dan wel eentje dat bewegingen in alle richtingen toelaat.
Als je daarbij de proefpersoon via een speciale bril naar virtuele omgevingsbeelden laat kijken, kan je hun wandelgedrag in een labo-omgeving direct en grondig bestuderen en ook de sensory noise variëren.
Het filmpje hieronder maakt dit duidelijk hoe zo'n treadmill werkt en hoe de speciale projectiebril eruit ziet.



Wat er ook van zij, wie zegt dat hij over een onfeilbaar richtingsgevoel beschikt, zou toch misschien best een toontje lager zingen.

Over ogen-, oren- en… neusgatenrivaliteit

Onze zintuigen zijn de receptoren waarmee we onze omgeving ervaren.
Het is te zeggen: het zijn de detectoren die signalen uit onze omgeving opvangen en ze voor verwerking naar onze hersenen sturen.
Wat onze hersenen er van maken is dat wat we via ons bewustzijn ervaren.
Ik heb het hier al meer dan eens gehad over illusies. Over foutieve ervaringen. Omdat onze hersenen de binnenkomende signalen niet helemaal (of helemaal niet) correct verwerken.
Wat we ervaren is dus niet altijd de werkelijkheid.

Vandaag wil ik het niet over illusies hebben.
Maar over de soms bijzondere wijze waarop onze hersenen met binnenkomende zintuigsignalen omspringen.

Sommige van onze zintuigen beschikken over een dubbele uitvoering.
Voor het zien hebben we twee ogen, voor het oren hebben we twee oren.
En voor het ruiken hebben we twee neusgaten.
En nu blijkt er bij elk van die tweeledige waarnemers rivaliteit te bestaan dus beide partners van het koppel.

Eerst iets over de rivaliteit tussen onze twee ogen.
Je weet dat we dieptezicht hebben doordat onze twee ogen, van dezelfde omgeving, eenzelfde, maar lichtjes verschoven beeld naar onze hersenen sturen. Die verwerken het daar tot één ruimtebeeld.
Maar als we er via een truc kunnen voor zorgen dat elk oog een totaal ander beeld waarneemt, dan doen onze hersenen iets bijzonder.
Ze maken geen mix van die twee beelden, maar ze wisselen voortdurend tussen de twee binnenkomende beelden!
Dus als je b.v. in het ene oog een raster van horizontale lijnen stuurt en in het andere een raster van verticale lijnen, dan zie je geen ruitjespatroon zoals je misschien zou denken. Neen, want dat is een mix. Wat we zien zijn afwisselend horizontale en verticale lijnen.
Men spreekt dan van binoculaire rivaliteit



Wie ergens zo’n groen-rood brilletje liggen heeft, heeft de truc in huis om elk van zijn ogen een ander beeld te doen waarnemen.
Dan kan de ogenrivaliteit met het beeld hierboven even uitgetest worden.
Eén periode zal je de rode strepen zien, de andere periode de groene bogen. De duur van een periode verschilt van mens tot mens. Er treedt dus soms dominantie op. Bij mij is groen duidelijk dominant.

Ook bij onze twee oren treedt er rivaliteit op: bi-auditieve rivaliteit.
Dit is natuurlijk veel moeilijker te demonstreren omdat je zomaar geen apparaatje in huis hebt om het ene oor af te sluiten voor een klank en die bij het andere oor binnen te laten.
Maar je kan het effect benaderen.
Hieronder kan je twee tonen horen die zeer weinig in hoogte verschillen. We horen dit als één geheel, als een soort gallopritme. De tonen worden gemixt tot één geheel, zoals onze ogen hun twee lichtjes verschoven beelden tot één dieptebeeld mixen.

Klik hier voor dat effect.

Maar als de twee tonen meer in hoogte verschillen horen we ze niet meer als één geheel, maar beurtelings als afzonderlijke tonen, omdat onze hersenen maar aan één toon tegelijk aandacht geven. Ze mixen de tonen niet meer.

Klik hier voor dat effect

Blijft de vraag er ook een rivaliteit tussen onze twee neusgaten bestaat.
En jawel dat bestaat: binarale rivaliteit.
Onderzoekers onder leiding van Denise Chen van de Rice University in Houston hebben in het online-nummer van Current Biology op 20 augustus het resultaat van hun studie daarover gepubliceerd.
In Science News is wat meer uitleg over hun werk te vinden.
Ze boden aan proefpersonen gelijktijdig twee verschillende geuren aan: aan het ene neusgat was dat rozengeur en aan het andere de geur van een viltstift.
En volkomen in de lijn van de andere rivaliteiten, namen de proefpersonen de beide geuren afwisselend waar.
Blijkbaar zijn onze hersenen maar in staat om ook maar aan één geur tegelijk aandacht te schenken. Na een tijdje treedt er gewenning op en dan komt de andere geur sterker op de voorgrond.
Dit demonstreren kan ik niet.
Geurcomputers zijn nog niet uitgevonden (denk ik).

Veel praktisch nut heeft dit onderzoek op het eerste zicht niet.
Maar het zal aan de wetenschappers wellicht mogelijkheden bieden om te bestuderen hoe onze hersenen onze bewustwording en ons bewustzijn gestalte geven.

Het verloopt toch allemaal nogal ingewikkeld in ons koppeke nietwaar.
Gelukkig dat we ons daar niet op elk moment van bewust (moeten) zijn.