Sir John Eccles - Evolution of the Brain: Creation of the Self
Samenvatting in Vita Humana, Nummer 3, november 1992
Sir John Eccles
neurofysioloog
Hieronder een aantal van zijn opvattingen.
Hersenen zijn bedoeld om gedachten uit te drukken.
Is de geest iets stoffelijks? Of is het een produkt van de hersenen? En kan een niet stoffelijke geest van de hersenen gebruik maken? Kortom, hoe werken de hersenen? Met instemming van de Australische nobelprijswinnaar John Eccles is, aan de hand van zijn boek 'Evolution of the Brain: Creation of the Self', dat in 1989 in Londen is uitgegeven, het onderstaande artikel samengesteld.
In navolging van Popper spreekt de auteur van drie werelden die samen al het bestaande omvatten.
- De eerste wereld is die van de stoffelijke voorwerpen en toestanden, de hersenen van de mens inbegrepen.
- Wereld nummer twee is de hele wereld van subjectieve ervaringen en bewustzijnstoestanden.
- De laatste en derde wereld is die van kennis in objectieve zin, de hele door de mens gemaakte wereld van cultuur. In deze bijdrage gaat het alleen om de twee eerstgenoemde werelden.
De auteur noemt twee soorten theorieën, de monistisch materialistische en de dualistisch interactionistische. Alleen de radicale materialisten ontkennen de aanwezigheid van bewustzijn bij geestelijke evenementen zoals denken. Denken wordt uiteraard subjectief ervaren en is niet objectief waar te nemen zoals we de wereld om ons heen waarnemen door onze zintuigen. Wij beschouwen de ervaring echter als objectief doordat wij haar bevestigen in gesprek met anderen.
Materialistisch
Er zijn vele materialistische theorieën over de geest. Met uitzondering van het radicaal-materialisme erkennen zij alle het bestaan van de geest of van geestelijke evenementen, maar beschouwen die niet als onafhankelijk. Popper schrijft: "Zij gaan er alle van uit dat de stoffelijke wereld op zichzelf staand ofwel gesloten is. Dit natuurkundige beginsel van de geslotenheid van de stoffelijke wereld is van belang, omdat het het kenmerkende beginsel is van het fysicalisme of materialisme."
Het is moeilijk geweest een filosoof te vinden die zich exact uitspreekt over welke gebeurtenissen in het zenuwstelsel (neurale evenementen, neuronale activiteit) hij identiek acht aan geestelijke evenementen (geestelijk neurale identiteit).
De duidelijkste uitspraak is van Feigl. Hij beweert: "De identiteitstheorie die ik wil uitleggen en verdedigen houdt in, dat de toestanden van rechtstreekse ervaring die bewuste mensen beleven en die wij vol vertrouwen aan sommige hogere dieren toeschrijven, identiek zijn aan bepaalde (waarschijnlijk configuratieve) aspecten van de neurale processen in deze organismes... processen in het centrale zenuwstelsel, misschien vooral in de hersenschors."
Interactionistisch
In tegenstelling tot deze materialistische of parallelistische theoriën staan de dualistisch-interactionistische theorieën. Het hoofdkenmerk van deze theoriën is dat geest en hersenen gescheiden eenheden zijn. De hersenen vertegenwoordigen de eerste wereld, die van de geest de tweede. Onderling beïnvloeden zij elkaar. Er is een grens tussen beide waarover in beide richtingen wisselwerking plaats vindt. Een uitwisseling van informatie welteverstaan, dus niet van energie.
Zo komen we tot de opmerkelijke theorie dat de wereld van stof en energie (wereld 1) niet volledig afgesloten is, zoals volgt uit het grondbeginsel van de klassieke natuurkunde de wet op behoud van energie. In alle materialistische theoriën over de geest is daarentegen met grote scherpzinnigheid vastgehouden aan de geslotenheid van wereld 1.
Het deel van de hersenen (wereld 1) waar de uitwisseling van informatie van en naar de geest (wereld 2) plaats vindt, wordt verbindingsschors genoemd. De hersenschors bevat speciale gebieden: bekend zijn de primaire sensorische schors (gezicht, gehoor, etc) en de primaire motorische schors, waarvan de pyramidecellen hun neurieten via de pyramidebanen zenden naar de motorische kernen in het ruggemerg die de spieren innerveren.
Minder bekend is de supplementaire motorische schors (SMS), die voor de primaire motorische schors ligt. Wanneer een deel van de hersenschors wordt geactiveerd, neemt de plaatselijke bloeddoorstroming toe, hetgeen zichtbaar te maken is. Bij dergelijke experimenten is gebleken dat niet de primaire motorische en sensorische schors in directe verbinding staan met de geest. Bij het uitvoeren van een eenvoudige beweging, zoals op de tenen gaan staan, worden allereerst hogere centra in de hersenschors, zoals de SMS, door de wil geactiveerd. Daarna komen de betreffende zenuwcellen in de primaire motorische schors en via de pyramidebanen de motorische ruggemergcellen, die op hun beurt het samentrekken van de strekspieren van het enkelgewricht veroorzaken. Daar de cellen van de SMS aantoonbaar blijken te reageren op het voornemen van de wil, zou men dit gebied als deel van de verbindingsschors kunnen beschouwen.
Wisselwerking
Om een mogelijke verklaring voor deze ontdekking te kunnen geven, moeten we een gedetailleerde studie maken van de neuronen (zenuwcellen) in de hersenschors, met name van hun synapsen. Synapsen zijn miniem kleine contactpuntjes op de dendrieten of het cellichaam van een zenuwcel, waar het ene neuron door zijn neuriet (axon) het andere kan prikkelen door middel van enkele moleculen prikkelstof (neurotransmitter). Wordt een neuron door veel van deze synapsen genoeg geprikkeld, dan vuurt het een impuls af door zijn vertakte neuriet naar synapsen op andere neuronen, waardoor deze weer worden geprikkeld en mogelijk een impuls afvuren. Waar het op aankomt is dat genoeg impulsen (honderden) samenkomen in de synapsen van een neuron, waardoor een impuls wordt afgegeven die weer door zijn neuriet honderden synapsen op andere neuronen activeert.
Een typisch neuron van de hersenschors (pyramidecel) heeft een lange, sterk vertakte topdendriet, bezaaid met knopjes die ieder een synaps dragen waarmee ze zijn verbonden met een 'bouton' op de neuriet van een andere zenuwcel. Er zijn ongeveer 10.000 knopsynapsen op elke pyramidecel. In een synaps verdikt het uiteinde van een neuriet zich tot een bouton die nauw contact maakt met een verdikking op een knopje. De bouton eindigt in de (presynaptische) boutonmembraan, die tegenover de (postsynaptische) knopmembraan ligt, met daartussen de uiterst nauwe synapsspleet. In de bouton bevinden zich talrijke blaasjes die ieder 510.000 moleculen bevatten van de specifieke prikkelstof. Sommige van deze synapsblaasjes maken nauw contact met de boutonmembraan, die aan de boutonzijde stevige uitsteeksels draagt, waartussen deze synapsblaasjes zijn ingepakt. Samen vormen deze blaasjes en uitsteeksels een stevig bouwwerk, het blaasjesrooster genaamd. Het aantal blaasjes dat in een rooster is ingebouwd kan slechts bij benadering worden gegeven. Doorgaans zijn het er 30 tot 50. Slechts een zeer klein deel van de (ongeveer 2.000) blaasjes in een bouton is zodoende ingebouwd in de vuurzone van het rooster. De rest ligt los in de bouton.
Met behulp van een intracellulaire micro-electrode is een nauwkeurig onderzoek gedaan naar de wisselende postsynaptische potentiaal die wordt opgewekt als een impuls een enkele bouton activeert. Aangetoond werd dat de uitstoot van prikkelstof uit een blaasje in de synapsspleet (exocytose genaamd), in antwoord op een impuls, probabilistisch is (afhangt van de waarschijnlijkheid) en dat deze waarschijnlijkheid doorgaans 0,5 of minder bedraagt, en naar gelang van de omstandigheden omhoog of omlaag kan varieren. Om de exocytose van de ingepakte blaasjes te regelen moet het blaasjesrooster een subtiele functionele organisatie hebben.
Vergelijking van de geest-hersentheorieën
Is er een manier om de voorspellingen die men enerzijds van de dualistisch interactionistische hypothese en anderzijds van de identiteitstheorie kan afleiden, proefondervindelijk te toetsen?
Volgens Feigl treedt een geestelijk neurale identiteit alleen op bij neuronen of neuronenstelsels in hogere centra van de hersenen, vooral in de hersenschors. Deze neuronen noemen we geestelijk neuraal evenement neuronen (GNE). Andere neuronen in de hersenen en vooral de neuronen van de inkomende en uitgaande zenuwbanen, zijn slechts eenvoudige neuraal evenement neuronen (NE).
Uitgaande van de identiteitstheorie zou men voorspellen dat GNE neuronen anders zijn, omdat onder bepaalde omstandigheden hun afvuren van impulsen eendrachtig (identiek) zou verlopen met geestelijke evenementen. Maar dit afvuren van impulsen zou uiteraard slechts gevolg kunnen zijn van prikkels uit andere neuronen, GNE of NE, en volstrekt niet bepaald of gewijzigd kunnen worden door de geestelijke evenementen. Dit op grond van de geslotenheid van de stoffelijke wereld zoals boven vermeld (Popper).
Nu komt deze voorspelling in strijd met de bevinding dat in de geest opkomende gedachten een sterk prikkelende invloed kunnen uitoefenen op neuronen in bepaalde delen van de hersenschors. Deze bevinding dwingt ons aan te nemen dat geestelijke evenementen als zodanig de hersenwerking kunnen beïnvloeden. Het afvuren van een impuls in GNE neuronen verloopt anders, naar gelang er al of niet sprake is van geestelijke evenementen zoals aandacht, zwijgend denken of willen.
De microsite hypothese
De materialistische critici stellen dat er onoverkomelijke moeilijkheden ontstaan wanneer men aanneemt dat onstoffelijke evenementen als denken op enigerlei wijze invloed kunnen uitoefenen op stoffelijke structuren zoals neuronen in de hersenschors. Een dergelijke veronderstelde invloed zou onverenigbaar zijn met de behoudswetten der natuurkunde, in de eerste plaats de eerste wet van de warmteleer.
Deze tegenwerping zou stellig worden onderschreven door de fysici uit de negentiende eeuw en door de neurologen en filosofen die ideologisch nog steeds in de negentiende eeuw leven en die niet inzien welk een revolutie is veroorzaakt door de quantumfysica van de twintigste eeuw. Het is helaas zelden dat een quantumfysicus zich op het terrein van de geesthersen problematiek waagt. In een recent boek levert de quantumfysicus Margenau een fundamentele bijdrage. Het is een opmerkelijke ommekeer van de negentiende eeuwse natuurkunde nu te horen "dat sommige velden, zoals het waarschijnlijkheidsveld van de quantumfysica noch energie noch massa bevatten".
Hij gaat verder: "In zeer gecompliceerde natuurkundige stelsels zoals de hersenen, neuronen en zintuigen, waarvan de bouwstenen zo klein zijn dat zij aan de waarschijnlijkheidswetten van de quantumfysica gehoorzamen, is het stoffelijke orgaan steeds klaar voor een veelheid van mogelijke veranderingen, waarvan elk een zekere waarschijnlijkheid heeft. Komt er een bepaalde verandering waarvoor energie nodig is, of meer of minder energie dan voor een andere, dan verschaft het complexe organisme automatisch die energie. De geest behoeft die energie niet te leveren." En: "Men kan de geest beschouwen als een veld in de gebruikelijke natuurkundige zin van de term. Maar een niet stoffelijk veld, dat mogelijk zijn meest nabije analogie vindt in een waarschijnlijkheidsveld."
Analoog proces
We kunnen nu de dualistische hypothese voor de wisselwerking tussen geest en hersenen wat nauwkeuriger formuleren. Oorspronkelijk werd gesteld dat de hele wereld van geestelijke evenementen (wereld 2) even autonoom is als de wereld van energie en massa (wereld l). De huidige interactionistische hypothese gaat niet over deze ontologische problemen, maar alleen over de manier waarop geestelijke evenementen neurale ge-beurtenissen beïnvloeden.
Volgens Margenau luidt de hypothese nu dat de wisselwerking tussen geest en hersenen analoog is aan een quantumfysisch waarschijnlijkheidsveld, dat noch massa noch energie bevat en toch effectief kan werken op een 'microsite' (een minimaal klein gebiedje). Nauwkeuriger gezegd: de geestelijke concentratie die optreedt bij willen of planmatig denken, kan neurale evenementen oproepen door middel van een proces dat analoog is aan de waarschijnlijkheidsvelden in de quantumfysica.
Volgt de vraag: welke neurale evenementen zouden geschikte ontvangers kunnen zijn voor geestelijke evenementen die analoog zijn aan quantumfysische waarschijnlijkheidsvelden? Mogelijk hebben we het antwoord al in de vorm van de recente ontdekkingen over de aard van het synapsmechanisme waarmee de ene zenuwcel met de andere communiceert, vooral gezien de microsite waar deze communicatie plaats vindt.
Energie
De eerste vraag die men kan stellen betreft de grootte van het effect dat kan worden bereikt door een quantum-mechanisch waarschijnlijkheidsveld. Is de massa van een synapsblaasje zo groot dat het buiten de werking van Heisenberg's onzekerheidsrelatie valt?
Om een exocytose te veroorzaken is slechts de verplaatsing nodig van een klein stukje van de dubbele membraan die mogelijk niet dikker is dan 10 nm. Als nu het stukje wand niet groter is dan 10 nm bij 10 nm, zou het weefsel slechts een massa van 10-18 g hebben, zodat het zonder meer zou vallen binnen het bereik van de quantumfysica en Heisenberg's onzekerheidsrelatie (Eccles). Vooral ook omdat het synapsblaasje reeds in stelling is op het blaasjesrooster zodat de exocytose onafhankelijk is van enige beweging door een visceus medium in de cel.
De veronderstelde geestelijke invloed zou niets anders doen dan het voor exocytose selecteren van een blaasje dat reeds in stelling ligt. Voor alle blaasjes op het rooster samen is de waarschijnlijkheid van exocytose veel minder dan één. We kunnen de conclusie trekken dat berekening op grond van Heisenberg's onzekerheidsrelatie aantoont dat het denkbaar is, dat een blaasje op het rooster voor exocytose kan worden geselecteerd door een geestelijke invloed die analoog werkt aan een quantum mechanisch waarschijnlijkheidsveld. De arbeid die nodig is om de exocytose op gang te brengen zou tezelfdertijd en op dezelfde plaats kunnen worden terugbetaald, doordat de vrijkomende prikkelstofmoleculen van een hoge naar een lage concentratie overgaan. Volgens de quantumfysica kan op een microsite energie worden geleend mits zij onmiddellijk wordt terugbetaald. Zodoende zou de met exocytose gepaard gaande transactie geen schending van de behoudswetten met zich meebrengen.
Omvang effect
De tweede vraag betreft de orde van grootte van het effect, dat slechts de uitstoot uit een enkel blaasje behelst. Dit is vele grootte ordes te klein om zelfs in een klein gebied van de hersenen het patroon van neuronenactiviteit te wijzigen. Er zijn echter vele duizenden gelijksoortige boutons op een pyramidecel van de hersenschors. Volgens de micrositetheorie biedt het blaasjesrooster aan een geestelijke invloed de kans om naar believen de exocytose uit te kiezen van een blaasje in een bouton. Dit zou plaats vinden over het geheel van knop synapsen, die op dat moment worden geactiveerd. Waarschijnlijk zelfs duizenden, aangezien er ongeveer 10.000 aanwezig zijn op een enkele pyramidecel in schors.
Samenvattend kunnen we zeggen dat volgens de microsite theorie de wisselwerking tussen geest en hersenen nauw afhangt van twee opmerkelijke eigenschappen van de synapsen in de hersenen. In de eerste plaats de bouw van het blaasjesrooster en de inrichting ervan, waardoor er doorgaans slechts een rooster per bouton aanwezig is. Ten tweede de waarschijnlijkheidsfunctie van de uitstoot uit synapsblaasjes in het rooster, die kleiner dan een is, vaak veel kleiner, en die zowel naar boven als naar beneden kan worden gewijzigd.
Een aantrekkelijke analogie, maar niet meer dan een analogie, is lichaam en hersenen te zien als een prachtige computer met zowel hardware als software onderdelen, en de onstoffelijke ziel of het Zelf als de programmeur. Eenieder van ons wordt geboren met onze computer in eerste aanleg, die zich in de loop van het leven steeds verder ontwikkelt. Het grote mysterie is onze schepping als programmeur en onze levenslange verbondenheid met onze eigen computer.
Het antwoord op de in de titel gestelde vragen luidt: Volgens de materialistische theorieën is geestelijke activiteit een product van de hersenen. Maar deze theorieën kunnen niet verklaren hoe bepaalde gebieden in de hersenschors door de wil kunnen worden geactiveerd. Deze ontdekking steunt de theorie dat de menselijke geest de hersenen gebruikt om gedachten uit te drukken. Dat deze theorie niet in tegenspraak is met de natuurkundige behoudswetten, volgt uit de quantumfysica.
terug naar het literatuuroverzicht
^