"De hersenen lijken op een buitenaards orgaan!"

1. Wie begrijpt het brein nog?
2. Kibbelende wetenschappers en nauwelijks resultaten
3. Het brein is een puzzel van 86 miljard stukjes

1. Wie begrijpt het brein nog? - Artikel in Kijk 4/2022
Hersenonderzoekers wilden te weten komen hoe hersencellen werken, door veel metingen te doen. Men ging ervan uit dat er een invoer van gegevens is, die door de hersencellen worden verwerkt, waarop er een uitvoer volgt in de vorm van een bepaald gedrag. Er is inderdaad gevonden dat hersencellen werken door aan elkaar elektrische prikkels of bepaalde stoffen door te geven, neurottransmitters. Dit gebeurt in de vorm van netwerken. Het geheugen lijkt zo te werken.
Er zijn ook groepen van hersencellen in bepaalde gebieden met een bepaalde taak, maar de hersenen als geheel zijn er steeds bij betrokken en de gebieden zijn niet zo duidelijk afgegrensd als gedacht.

Iedere ervaring zou in de hersenen aan een bepaalde code te herkennen zijn. Het bleek echter dat deze codes niet bestaan: als dezelfde ervaring wordt herhaald, blijkt het netwerk van werkzame hersencellen steeds anders te zijn. En als die codes zouden bestaan, wie of wat leest dan die codes?
Het enige wat alle hersencellen doen is het ontvangen van bepaalde zenuwprikkels van andere cellen, die al naar hun kenmerken worden opgeteld of afgetrokken, waarna bij een bepaalde waarde van de som een nieuwe prikkel wordt doorgegeven. Waardoor dit een bepaalde uitspraak of handeling tot gevolg heeft, is onbekend, want alle zenuwcellen blijken alleen als een optellende en aftrekkende rekenmachine te werken.

De mens heeft tachtig miljard zenuwcellen. De rondworm heeft er maar 302, maar is toch in staat allerlei handelingen uit te voeren. Datzelfde geldt voor het pantoffeldiertje, dat maar ééncellig is, geen hersenen heeft(!) en zich toch weet te handhaven en beslissingen te nemen.

Van alle organen van het menselijke lichaam is de werkzaamheid nauwkeurig bekend, alleen niet van het orgaan dat boven hen staat en alle andere aanstuurt. De hersenen werken heel anders dan de andere organen en lijken in niets op hen. Het kent een zekere structuur, maar de werking ervan is tegelijkertijd schijnbaar chaotisch, terwijl de cellen ervan altijd werkzaam zijn.
Na twee eeuwen hersenonderzoek weten natuurwetenschappers nog steeds niet hoe de hersenen werken en is onbekend welke richting het onderzoek uit zou moeten gaan.
Terwijl de filosoof René Descartes (1596-1650) al meende dat de geest vanuit de hersenen (volgens hem vanuit de pijnappelklier) door de zenuwen stroomde om het lichaam te bewegen.

Een van de aangehaalde geleerden zei, dat de hersenen op een onaards orgaan lijken. Prof. Francesco Battaglia: "… want eigenlijk lijkt het brein op niets wat we kennen."
Dat is een juiste opmerking, want de hersenen zijn het orgaan, door middel waarvan de geest zich met het lichaam kan verbinden en zich er doorheen kan uitdrukken.

Bronnen:
Artikel in Kijk 4/2022 Wie begrijpt het brein nog? door wetenschapsjournalist Ronald Veldhuizen
Aangevuld uit J.P. Schadé - De functie van het zenuwstelsel
P. Vroon - Bewustzijn, hersenen en gedrag

2. Kibbelende wetenschappers en nauwelijks resultaten: het onderzoek naar Alzheimer zit in een impasse.
Scientias, 05-01-2023, door Caroline Kraaijvanger

Een wetenschapshistorische analyse van het onderzoek naar Alzheimer liegt er niet om: het Alzheimeronderzoek zit muurvast.
Overheden, onderzoeksinstituten en non-profitorganisaties maken elk jaar enorme geldsommen vrij voor onderzoek naar Alzheimer. En elke week verschijnen er wel nieuwe studies die handelen over wat er in het brein van Alzheimerpatiënten gebeurt. Dat klinkt niet echt als een onderzoeksgebied in impasse. En toch zit het Alzheimeronderzoek vast, zo betogen twee Nederlandse historici. Ze baseren zich op een analyse van de geschiedenis van het onderzoek naar Alzheimer.

Analyse
 En die analyse schetst een onthutsend beeld van een onderzoeksveld waarbinnen wetenschappers recht tegenover elkaar staan, de afgelopen dertig jaar eigenlijk nauwelijks grote doorbraken zijn geweest en een effectieve behandeling van de ziekte nog altijd heel ver weg lijkt. "Al jaren zit het onderzoek naar Alzheimer vast in een Groundhog Day-scenario," [dit is een zich steeds herhalende tijdlus] zo moeten de twee historici concluderen. "Een eindeloze tijdlus zonder dat er een doorbraak in zicht lijkt."

Het idee 
Het idee voor de wetenschapshistorische analyse kwam opvallend genoeg van een farmaceutische wetenschapper die zich in gesprek met historicus Bert Theunissen - verbonden aan de Universiteit Utrecht - hardop verbaasde over het feit dat het onderzoeksveld er de afgelopen decennia maar niet in geslaagd was een doorbraak te forceren. Hoe was dat - ondanks de rijkelijk voorhanden zijnde financiering en de talloze nieuwe inzichten die gaandeweg waren verkregen - toch mogelijk?
Ze vroeg Theunissen of hij dat eens - vanuit wetenschapshistorisch perspectief - kon uitzoeken. En de rest is - no pun intended - geschiedenis. Want begin deze maand publiceerden Theunissen en collega Noortje Jacobs - verbonden aan de Erasmus Universiteit Rotterdam - hun resultaten in het blad Journal of Alzheimer's Disease.

Op slechte voet 
"We hebben eigenlijk met een helikopterview naar de geschiedenis van het Alzheimeronderzoek gekeken," vertelt Jacobs aan Scientias.nl. En dan zijn er een paar dingen die opvallen. Zo blijkt het onderzoeksveld weinig harmonieus te zijn. "Er zijn binnen het onderzoeksveld eigenlijk meerdere kampen die recht tegenover elkaar staan en verschillende ideeën hebben over Alzheimer."
Het grootste - en veruit bekendste en best gefinancierde - kamp hangt de uit 1992 stammende amyloïdhypothese aan. Volgens deze hypothese ligt aan Alzheimer een opeenhoping van het eiwit amyloïd-bèta ten grondslag. Daar tegenover staan de onderzoekers die niets in die hypothese zien. Sommigen hebben alternatieve ideeën en zoeken de oorzaak bij andere eiwitten of chemische processen. Anderen focussen liever op preventie of pleiten ervoor de ziekte meer vanuit een systemisch model te bekijken.

Grimmig
 Nu is het natuurlijk niet ongebruikelijk dat wetenschappers het met elkaar oneens zijn. Maar in het Alzheimeronderzoek lijken de groepen ook echt op slechte voet met elkaar te staan, zo merkten de historici. "Het is soms zelfs grimmig," stelt Jacobs. "Wetenschappers maken elkaar heel publiekelijk grote verwijten."
Ondertussen identificeren ze zichzelf in hun studies veelvuldig met beroemde historische figuren als Galileo Galilei en Niels Bohr. "Dat is iets wat je vaak ziet gebeuren als onderzoeksvelden vast komen te zitten," weet Jacobs. "Dan worden figuren als Galileo - die streed tegen de kerk - te berde gebracht om te illustreren hoe alleen en onbegrepen wetenschappers zich voelen."

In het eigen gelijk blijven hangen
 Dat gevoel van eenzaamheid weerhoudt de Alzheimeronderzoekers er echter niet van in hun eigen gelijk te blijven hangen, zo moeten de historici concluderen. Voorstanders van de amyloïdhypothese houden bijvoorbeeld stug aan die hypothese vast, ook al levert onderzoek naar amyloïd-bêta-eiwitten wisselende resultaten op. Zo zijn er inmiddels weliswaar klinische en genetische data die de amyloïdhypothese lijken te onderschrijven en er dus op wijzen dat een opeenhoping van amyloïd-bèta-eiwitten de boosdoener is. En op basis van die data zijn onderzoekers ook op zoek gegaan naar manieren om die opgehoopte eiwitten op te ruimen, in de hoop Alzheimer zo effectief te kunnen behandelen. Maar hoewel het inmiddels mogelijk is om opgehoopte eiwitten in het brein van Alzheimerpatiënten op te ruimen, blijken de patiënten daar gek genoeg weinig baat bij te hebben.
"Tegenstanders grijpen die resultaten aan om te verkondigen dat de amyloïdhypothese ontkracht en dus dood is," vertelt Jacobs. Maar de voorstanders willen daar niet aan. "Zij stellen dan bijvoorbeeld weer dat de behandeling waarschijnlijk wel werkt als deze in een vroeger stadium van Alzheimer start en dat de uitgangspositie in die eerdere klinische studies dus gewoon niet juist was." Het is zomaar een voorbeeldje van een situatie waarin beide 'kampen' in hun eigen gelijk blijven hangen. "En zo gaat het nu al jaren," stelt Theunissen.

Financiering
 Dat beide kampen het zich kunnen permitteren om in hun eigen gelijk te blijven hangen, heeft enerzijds weer alles te maken met financiering. Zoals gezegd gaat het leeuwendeel van het geld naar aanhangers van de amyloïdhypothese. In die hypothese is de afgelopen decennia - zowel door overheden als de farmaceutische industrie - al enorm veel geld gestopt. Op basis van die grote investeringen is het lastig of zelfs ondenkbaar dat de hypothese na een paar tegenvallers - zoals het klinisch onderzoek waarin het opruimen van de opeenhoping van eiwitten niet tot een vermindering van Alzheimersymptomen leidde - wordt losgelaten.
"Inmiddels kun je de vergelijking trekken met een oceaanstomer die maar moeilijk van richting verandert," stelt Theunissen. "Het alzheimeronderzoek is 'too big to fail', zeggen critici." Ondertussen moet bijvoorbeeld onderzoek naar preventie van Alzheimer of betere zorg voor Alzheimerpatiënten of alternatieve ideeën over de oorzaak van Alzheimer het met aanzienlijk minder financiering doen, waardoor zij hun gelijk (of ongelijk) lastiger kunnen aantonen.

Wat is Alzheimer eigenlijk? 
Maar er is nog een reden voor het feit dat wetenschappers in hun eigen gelijk blijven hangen, zo stellen Jacobs en Theunissen. Er is nog steeds onzekerheid over wat Alzheimer nu precies voor ziekte is. "Enige tijd geleden werd er nog wel gedebatteerd over de definitie van Alzheimer," vertelt Jacobs. "Maar dat debat is gaandeweg naar de achtergrond geraakt." En als je het niet eens bent over wat Alzheimer voor ziekte is, is het ook lastig om het eens te worden over het ontstaan en de beste behandeling van de ziekte."

Loopgravenoorlog 
In hun studie winden Theunissen en Jacobs er geen doekjes om; het Alzheimeronderzoek zit in een impasse. In hun artikel spreken ze zelfs van een 'onoplosbare loopgravenoorlog' tussen voor- en tegenstanders van de amyloïdhypothese. Het zijn heftige woorden die - gezien hun publicatie in het Journal of Alzheimer's Disease - menig Alzheimeronderzoeker in de afgelopen weken onder ogen zijn gekomen. "Wetenschappers moeten dit lezen," vindt Jacobs. "Ze moeten inzien dat dit al heel lang aan de gang is. En dat het ook consequenties heeft voor wat een Alzheimerpatiënt is en hoe we Alzheimerpatiënten behandelen."
Ze illustreert dat laatste aan de hand van een voorbeeldje. "Aan de hand van biomarkers kun je nagaan of mensen een verhoogd risico hebben om amyloïd-bèta-ophopingen te ontwikkelen en dus - volgens de amyloïdhypothese - een verhoogde kans op Alzheimer hebben. Als je in de amyloïdhypothese gelooft, is dat een levensveranderende diagnose - waarvan tegenstanders van de amyloïdhypothese vervolgens zullen zeggen dat die nog geen solide wetenschappelijke basis kent. Het laat wel zien dat de wijze waarop je een ziekte en ziektestadia definieert heel ingrijpend kan zijn."

Alzheimer blijft ondertussen een raadsel. En dat knaagt ongetwijfeld aan alle wetenschappers die Alzheimer bestuderen. Toch zit het onderzoeksveld vast en blijven de verwijten over en weer gaan. Een kant-en-klare-oplossing hebben de historici niet. Wel een dringend advies. "Het zou goed zijn als wetenschappers het hier over zouden hebben en zich ook afvragen in hoeverre die polemiek voorkomen kan worden. Want die verwijten hoeven misschien niet direct schadelijk te zijn, maar ze zorgen er doorgaans ook niet voor dat onderzoeksvelden floreren."
Juist door het gesprek aan te gaan en samen te werken, worden immers veelal (nieuwe) inzichten geboren. Of nieuwe inzichten ook werkelijk nodig zijn of één van de kampen het al bij het juist eind heeft, kan Jacobs onmogelijk inschatten. "Ik ben geen Alzheimeronderzoeker en ik denk dat er maar weinigen zijn die deskundig genoeg zijn om dat goed te kunnen beoordelen. Daarom hoop je ook dat de weinige mensen die dit wel allemaal snappen elkaar gaan vinden."

Bronmateriaal:
'Collectieve bezinning nodig voor uitweg crisis alzheimeronderzoek' - Universiteit Utrecht
Interview met Noortje Jacobs

3. Het brein is een puzzel van 86 miljard stukjes
We weten steeds meer over delen van de hersenen, maar nog weinig over het geheel
Nemo Kennislink, 16 mei 2023, auteur: Roeland Segeren
Vraaggesprekken met neurowetenschappers.

We willen allemaal weten wie we zijn. En als het even kan zo nauwkeurig mogelijk, van hersencel tot persoonlijkheid. Neurowetenschappers kijken steeds dieper in het brein en krijgen steeds meer antwoorden, maar er zijn nog altijd veel meer vragen.

Zowel in de neurowetenschap als in de astronomie komen er steeds meer antwoorden op complexe vraagstukken, maar zijn er ook nog heel veel 'losse eindjes'. Het ligt er een beetje aan waar je zoekt: volgens veel websites en schoolboeken tellen onze hersenen ongeveer 100 miljard neuronen of zenuwcellen, die de bouwstenen zijn van onze hersenen. Op andere plekken vind je het nauwkeuriger aantal van 86 miljard, naar aanleiding van een van de weinige pogingen om ze daadwerkelijk te tellen in een studie uit 2009. Het zegt alles over de complexiteit van het brein. Hoe dan ook, het zijn er veel, heel veel.

Als we de hersenen echt volledig willen begrijpen,
- moeten we de werking van al die miljarden zenuwcellen begrijpen;
- maar zelfs dan, al weet je hoe elke neuron werkt, dan weet je nog niet hoe ze met elkaar samenwerken;
- en als je zou weten hoe ze samenwerken, dan weet je nog niet wat ze samen doen;
- en zelfs als je dat weet: hoe vormen al die gezamenlijke cellen dan ons karakter, ons bewustzijn?

Netwerken
Een schier onmogelijke taak, lijkt het. "Op moleculair niveau zijn we relatief ver," vertelt neurobioloog Cyriel Pennartz van de Universiteit van Amsterdam. "Hoe de eiwitten werken waaruit ze zijn opgebouwd, hoe ze elektrische signalen 'vuren', hoe ze met andere neuronen communiceren middels 'synapsen'. Dat is allemaal eigenlijk heel rechttoe rechtaan. Het niveau daarboven snappen we ook vrij aardig: hoe kleine netwerken van zenuwcellen signalen overbrengen naar andere netwerken."

Wat is het waarnemen, overdenken, doorvoelen en willen?
Daarna wordt het lastig. Groepen van die kleine netwerken organiseren samen ons geheugen, ons taalgebruik, onze gedachten, gevoelens en handelingen [willen]. De vertaling van allerlei geuren, beelden en geluiden naar complete concepten met gevoelens, herinneringen [waarnemen] en betekenis [denken], is een grote, open vraag.
"Als iemand bijvoorbeeld naar Jennifer Aniston kijkt, kunnen wetenschappers zien dat er bepaalde cellen gaan vuren als de persoon de actrice herkent [waarnemen]. En afleiden hoe groepen neuronen die informatie overbrengen naar andere groepen. Maar hoe zorgen die cellen er nou voor dat onze hersenen zo'n opvatting beoordelen [overdenken], dat we begrijpen dat we naar Jennifer Aniston kijken en wat dit met ons doet [doorvoelen]?"

Het doel: het bewustzijn begrijpen
Dat is wat we uiteindelijk echt willen weten. Het identificeren van die 86 miljard puzzelstukjes zegt niet zoveel. Het wordt pas interessant als er grote delen van die puzzel gelegd zijn. En hoe mooi zou het zijn als we de hele puzzel in zijn volledigheid kunnen zien? Dan pas kom je uit bij het begrijpen van ons bewustzijn.
Volgens neurofysicus David Norris van het Donders Instituut is dat in feite het hoogste doel. "We willen als mensheid weten wie we zijn, wat ons uniek maakt." Juist die grotere vragen zijn populair bij het grote publiek. "Mensen hebben belangstelling voor thema's als gedachten lezen, het sturen van dromen en het verbeteren van geheugen. Hierover leren we langzaam kleine stukjes bij, maar we zijn nog niet in de buurt van het grote geheel.
We leren het orkest langzaam kennen, maar niet de dirigent."

Wat we nu zien als kleine stapjes, zijn reuzenstappen vergeleken bij vroeger. Nog geen halve eeuw geleden deden hersenonderzoekers hun onderzoek vooral door te snijden in hersenen van overleden mensen en dieren. Tot de komst van technieken als EEG, MEG en MRI. "We hebben intussen een heel leger van non-invasieve manieren (zonder het lichaam in te gaan, red.) om de hersenen te onderzoeken, waardoor we in de hersenen van levende mensen kunnen kijken. Dat heeft al inzichten opgeleverd over de manier waarop ons brein met cijfers omgaat en wat er gebeurt als we lezen of schrijven. En die technieken zijn de afgelopen jaren sterk verbeterd."

Hersenscans laten zien welke delen van het brein werkzaam worden als een proefpersoon bijvoorbeeld naar bepaalde afbeeldingen kijkt, geluiden hoort of teksten leest. Door technologische vooruitgang kunnen we dat steeds nauwkeuriger. De komende jaren wordt in Nijmegen de zwaarste MRI-scanner ter wereld gebouwd, onder leiding van Norris. "Die krijgt een magneetsterkte van 14 Tesla (de eenheid voor magnetische kracht, red.), waardoor we met een precisie van 0,3 millimeter in het brein kunnen kijken. Daarmee zijn kleine groepjes neuronen in levende mensen te bestuderen."

Cellen aan- en uitzetten
De grootste doorbraak in de hersenwetenschappen zit 'm volgens neurowetenschapper Alexander Heimel van het Nederlands Herseninstituut in dat soort technologische vooruitgang. We zien misschien niet meteen hoe ons bewustzijn in elkaar zit, maar we kunnen nu wel beter kijken wat er gebeurt. En op zo'n manier bevestigen of ontkrachten wat we al langer dachten.
Zo kunnen wetenschappers tegenwoordig cellen 'aanzetten' om te kijken wat ze doen. "Dat deden we eerst met elektrische pulsen, nu met licht. Hiermee kunnen we herinneringen bij ratten en muizen echt aan- of uitzetten. We vermoeden al een jaar of veertig hoe dit werkt. Dat soort theorieën kunnen we met nieuwe technieken bevestigen. Vergelijkbaar met zwarte gaten in het heelal: grote twijfel was er niet, maar mooi als het wordt bevestigd."

Die technologie blijft zich voorlopig nog wel doorontwikkelen. Dat gaat de hersenwetenschap zeker verder helpen, maar het levert tegelijk een hoop nieuwe uitdagingen op. Heimel: "We krijgen er alsmaar meer kennis bij. Hoe gaan we dat nou met elkaar integreren en versimpelen? Want alle losse data zegt niet zoveel over het geheel. De basisprincipes van bijvoorbeeld het geheugen hebben we wel door: als een bepaalde herinnering wordt opgeroepen, vuren telkens dezelfde neuronen. Maar waarom nou juist die? En hoe wordt die herinnering door die cellen vastgelegd?"

Vraagstukken oplossen
De hersenwetenschap staat zeker niet meer in de kinderschoenen, maar veel verder dan de pubertijd is het ook weer niet. De manier waarop we anno 2023 psychische aandoeningen aanpakken, is exemplarisch. "We kunnen met elektrodes een tremor (een samentrekking van spiergroepen, red.) laten verdwijnen bij Parkinsonpatiënten. Er zijn medicijnen voor schizofrenie, depressie en ADHD. Maar dit soort behandelingen zijn over het algemeen ontdekt door gewoon te proberen. De oplossing is vaak niet vooraf uitgedacht op basis van de werking van de hersenen."
Niettemin zitten we volgens Heimel op het goede spoor van zowel medische toepassingen als het algemene begrip van ons brein. "Dat hangt met elkaar samen. Die technieken gaan verfijnd worden doordat we beter weten wat er in welk gebied gebeurt. Als we de hersenen begrijpen, kunnen we gerichter zoeken naar oplossingen van vraagstukken als depressie en schizofrenie. Met bijvoorbeeld genetische technologie kunnen we ooit beschadigde of afstervende hersencellen vervangen.
We zijn nog ver weg van een compleet begrip van het brein, maar we beginnen het langzaam in te vullen."

Hersenen nabouwen
Gaan we onze hersenen dan ooit voor de volle honderd procent begrijpen? Dat zou betekenen dat onze kennis over onszelf en ieder ander compleet zou zijn. Precies bij die individuele verschillen ligt volgens de hersenonderzoekers een grens. "We zijn nog lang niet in de buurt van onze technologische grenzen," zegt Norris. "Het begrijpen van de hersenen van ieder individu, met alle onderlinge verschillen, blijft denk ik altijd lastig. Maar ooit gaan we wel komen tot vrij complete kennis van een algemeen, gemiddeld brein."

Daar sluit Pennartz zich bij aan, met de kanttekening dat er een andere manier van onderzoek voor nodig is. Net als in de astronomie, is het hersenonderzoek immers te verdelen in allerlei disciplines, van psychologie tot biologie tot genetica. "Iedereen heeft zijn eigen specialistische kennis. Bovendien werken al die onderzoekers binnen hun eigen subsidies en voor hun eigen bazen." Een groot overkoepelend project om het brein te begrijpen of na te bouwen, zoals het Human Brain Project, vereist dus verregaande afspraken om kennis te delen en samen te werken.
De grootste uitdagingen om ons brein ooit helemaal te leren begrijpen, liggen daarom misschien wel in onderwijs en organisatie. "Het zou mooi zijn als studenten en onderzoekers beter getraind worden in groter denken. Nu zitten ze vaak heel diep in één onderwerp. Maar ik denk dat we de hersenen uiteindelijk kunnen snappen en zelfs nabouwen. Er heerst nu een algemene opvatting dat onze hersenen te complex zijn om ooit ook maar deels te begrijpen. Voor wie die mening deelt, die spreekt voor zichzelf."

terug naar de vragenlijst

^