In dit blogbericht onderzoeken we of het connectoom – het netwerk van neurale verbindingen in de hersenen – kan helpen de geheimen van de menselijke geest, het geheugen en de persoonlijkheid te onthullen.
Sinds de mensheid zich bewust werd van het bestaan van de geest, hebben we onophoudelijk geprobeerd deze te begrijpen. Deze zoektocht ontwikkelde zich tot de academische discipline van de filosofie van de geest (of filosofie van de geest), die de relatie tussen mentale verschijnselen en het fysieke lichaam onderzoekt. Een centrale vraag in dit onderzoek is of lichaam en geest één of afzonderlijke entiteiten zijn. Descartes bijvoorbeeld pleitte voor een dualisme van lichaam en geest, waarbij hij betoogde dat de mens een wezen is waarin het fysieke lichaam en de geest als afzonderlijke entiteiten naast elkaar bestaan. Hoewel hij aan overtuigingskracht inboette door een enigszins vaag antwoord te geven – dat de twee substanties op een plek genaamd de pijnappelklier met elkaar in wisselwerking staan – op de vraag: "Hoe kunnen het ongelijksoortige lichaam en de geest dan met elkaar in wisselwerking staan?", is zijn werk significant omdat het het begin markeerde van een serieuze, systematische discussie over de menselijke geest, een onderwerp dat al sinds de oudheid wordt bediscussieerd.
Vervolgens brachten wetenschappelijke ontwikkelingen aan het licht dat de hersenen fungeren als het centrale knooppunt voor zowel menselijke fysieke als mentale activiteiten. Het doel van hersenonderzoekers werd daarom om het zenuwstelsel als geheel, inclusief de hersenen, te begrijpen en de factoren te identificeren die de mentale activiteit in de hersenen beïnvloeden. Vroege theorieën werden beïnvloed door frenologie, een discipline die probeerde de persoonlijkheid en psychologische eigenschappen van mensen af te leiden uit de vorm van de schedel. Destijds bepleitte frenologie een parallelle theorie, namelijk dat analyse van de schedel de structuur van de hersenschors kon onthullen. Op basis van deze theorie betoogden wetenschappers destijds dat de hersengrootte de menselijke mentale activiteit beïnvloedde. Ze produceerden zelfs experimentele resultaten die een verband suggereerden tussen hersengrootte en intelligentie; dit was echter slechts een "correlatie" en bewees niet dat mensen met grotere hersenen per se intelligenter waren. Vervolgens erkenden wetenschappers de beperkingen van frenologie en verlegden hun focus van de algehele grootte van de hersenen naar de lokalisatie ervan, waarbij ze de hypothese opperden dat specifieke hersengebieden verschillende functies vervullen. Verschillende gebeurtenissen hebben de ontwikkeling van deze hypothese beïnvloed. Een van die incidenten betrof een bouwvakker die een aanval overleefde waarbij een wapeningsstaaf zijn schedel doorboorde, maar wiens persoonlijkheid zo drastisch veranderde dat hij een compleet ander persoon werd. Onderzoek dat deze hypothese ondersteunt, omvat de ontdekking van "het gebied van Broca" door de Franse chirurg Paul Broca, die een patiënt bestudeerde die niet vloeiend kon spreken maar wel een normaal taalbegrip en spraakproductievermogen had, en de ontdekking van "het gebied van Wernicke" door Carl Wernicke, die een patiënt behandelde die wel woorden kon vormen, maar deze niet kon combineren om context te creëren. Er zijn echter gevallen waarin de waarde van dergelijk onderzoek enigszins wordt onderschat. Een voorbeeld hiervan is het herstel van een kind dat een operatie onderging waarbij een van de twee hersenhelften werd verwijderd. Kinderen die lijden aan frequente epileptische aanvallen die zo ernstig zijn dat ze extreme fysieke en mentale zwakte veroorzaken, ondergaan vaak dergelijke ingrijpende neurochirurgische ingrepen. Hoewel men zou verwachten dat ze de kant van hun lichaam tegenover de verwijderde hersenhelft volledig zouden kunnen verlammen, kunnen deze kinderen niet alleen lopen, maar soms zelfs rennen. Hun intellectuele vermogens blijven grotendeels onaangetast. Sterker nog, nadat de epileptische aanvallen zijn genezen, vertonen ze soms zelfs hogere intellectuele vermogens. Dit toont aan dat functionele reorganisatie in de hersenen kan plaatsvinden, en er is een nieuwe uitdaging ontstaan: in plaats van de functies van specifieke hersengebieden te bestuderen, moeten we verklaren hoe die functies worden gegenereerd en hoe functionele reorganisatie kan plaatsvinden.
De theorie die is voorgesteld om deze nieuwe uitdaging voor hersenonderzoekers op te lossen, is 'connectomics'. Een connectoom is een uitgebreide kaart van de verbindingen tussen neuronen – de zenuwcellen in de hersenen – en kan worden gezien als een soort schakelschema. Onderzoekers in de connectomics leggen uit dat alle menselijke ervaringen en eigenschappen worden vastgelegd in deze neurale verbindingen en via deze verbindingen tot uiting komen; ze suggereren dat we door het connectoom van de menselijke hersenen te bestuderen, kunnen ontdekken hoe geheugen, persoonlijkheid en talenten in de hersenen worden opgeslagen en gebruikt. Laten we een voorbeeld bekijken om connectomics te begrijpen. Het vermogen om te fietsen kan worden gezien als een proces waarbij de neuronen die verantwoordelijk zijn voor de spieren die betrokken zijn bij het fietsen en de neuronen die betrokken zijn bij het evenwicht, verbindingen leggen op basis van de ervaringen en herinneringen die we opdoen tijdens het leren fietsen. Met andere woorden, neuronen vormen verbindingen en versterken deze; als we niet vaak fietsen, verzwakken deze verbindingen en kunnen ze zelfs worden gereorganiseerd. Kortom, connectomics is een vakgebied dat menselijke fysieke en mentale activiteiten verklaart aan de hand van de verbinding, versterking en reorganisatie van neuronen. Naarmate de connectomics zich in de toekomst verder ontwikkelt, kan inzicht in het proces van neuronale verbindingen bijdragen aan de ontwikkeling van intelligentie, en kan reorganisatie worden ingezet bij de revalidatie van patiënten.
