Je leest:

Creativiteit in de natuurwetenschap

Creativiteit in de natuurwetenschap

Auteur: | 30 augustus 1996

Van Dale definieert creativiteit als “scheppingsvermogen (van kunstenaars)”. Creativiteit is ook in wetenschappelijk onderzoek een cruciaal element. Toch is er een wezenlijk verschil tussen de creativiteit van de kunstenaar en die van de wetenschapper.

Exact wetenschappelijk – grensverleggend – onderzoek omvat twee geheel verschillende activiteiten. In de eerste plaats wil de onderzoeker met behulp van technische middelen zo betrouwbaar mogelijke feitelijke gegevens verzamelen. Even belangrijk is het tweede element: het nadenken over de verkregen gegevens om tot een aangepast theoretisch kader te komen waarin deze gegevens zinvol passen.

Friedrich August Kekulé (1829-1896) brak zich onophoudelijk het hoofd over de structuur van benzeen. Dagdromen tijdens een busrit en in zijn Gentse vrijgezellenkamer zouden hem het revolutionaire inzicht van de benzeenring hebben opgeleverd: “Ik zag hoe de grotere atomen een keten vormden en de kleinere achter zich aan trokken naar de uiteinden van de keten … weer tolden atomen… er vormden zich lange rijen, dicht aaneengepakt… draaiend als slangen… En zie? Eén van de slangen pakte de eigen staart in de bek…Deze cartoon werd gemaakt naar aanleiding van Kekulé’s ontdekking.”

Friedrich August Kekulé

Albert Einstein (1879-1955) beredeneerde dat er geen logische manier is om achter fundamentele wetmatigheden te komen. Intuïtie is de enige manier, geholpen door een gevoel van “orde achter de verschijningsvorm”.

Francis Crick

De Engelse biochemicus Francis Crick, wiens moleculair-biologisch onderzoek het begin vormde voor een geheel nieuw biologisch wereldbeeld, schreef in zijn autobiografie: “Tenzij men het zelf heeft ervaren, is het niet gemakkelijk het dramatische gevoel over te brengen van de plotselinge klaarheid die de geest overstroomt als het juiste idee eindelijk op zijn plaats valt. Je ziet onmiddellijk hoeveel onbegrijpelijke feiten keurig worden verklaard door de nieuwe hypothese”.

Arthur Koestler

Veelzeggend is de visie van de Hongaarse schrijver Arthur Koestler: “De creatieve daad schept niet iets uit het niets; zij ontdekt, maakt een keus, hergroepeert, combineert, maakt een synthese van reeds bestaande feiten, ideeën, mogelijkheden, bekwaamheden. Hoe bekender de delen, des te opvallender het nieuwe geheel.”

Koestlers definitie geeft aan dat de scheppingsdaad van de wetenschapper essentieel verschilt van die van de kunstenaar. De wetenschappelijke creativiteit voegt geen nieuwe feiten toe, maar baseert zich uitsluitend op de bestaande feiten. Hieruit ontstaat een geheel nieuwe visie.

Koestler heeft in zijn boek The Act of Creation het wezen van de creatieve daad proberen te doorgronden. De visie die hij ontwikkelt komt erop neer dat wetenschappelijke creativiteit in laatste instantie berust op de gave de beperkingen van het oorspronkelijke referentiekader te doorbreken en de problematiek te beschouwen in twee ogenschijnlijk niet verwante referentiekaders.

Hij illustreert zijn standpunt ondermeer met het klassieke voorbeeld van de ontdekking van penicilline. De Engelsman Alexander Fleming (1881-1955) ontdekte dat de mislukking van een bacteriekweek was veroorzaakt door verontreiniging met schimmelsporen. Hij besefte het praktische belang van dit effect en ging over naar een ander onderzoeksterrein, dat van de bestrijding van bacteriële infecties door middel van antibiotica.

Een elegante oplossing

Als onderzoeker heb ik zelf ervaren hoe belangrijk creatief denken is. In de jaren zestig hield ik mij bezig met problemen rond de lengtegroei van pijpbeenderen. Been is een star weefsel. Je zou verwachten dat bot in de lengte kan groeien door beenafzetting aan de uiteinden. Toch is dit niet mogelijk omdat daar de gewrichten zitten.

De natuur heeft voor deze moeilijkheid een elegante oplossing gevonden. In elk groeiend pijpbeen bevinden zich twee zogenaamde groeischijven. Dit zijn vlakke, dwarse kraakbeenfragmenten op korte afstand van de uiteinden. Een groeiend pijpbeen bestaat daardoor uit drie verkalkte delen gescheiden door de kraakbeenschijven: aan de uiteinden de epifysen, daartussen het grootste deel, de diafyse.

Kraakbeen kan in tegenstelling tot been wél groeien. Het neemt in massa toe door groei van binnenuit. In dezelfde mate waarin zich nieuw weefsel in de groeischijven vormt, breekt de schijf aan de kant van de diafyse gedeeltelijk af. De totale dikte van de schijven blijft daardoor gelijk. Bij de afbraak van het groeischijfkraakbeen blijven regelmatige lengte-schotten intact. Op deze schotten wordt been afgezet. Kortom, de groei van kraakbeen bepaalt de groei van pijpbeenderen.

Mijn werk betrof histochemisch onderzoek naar de samenstelling van de intercellulaire tussenstof van het kraakbeen van de groeischijf. Het belangrijkste bestanddeel van die tussenstof is collageen, een trekvast keteneiwit dat voor een belangrijk deel de mechanische kwaliteiten bepaalt.

Naast collageen komen in het groeischijfkraakbeen diverse koolhydraatbestanddelen voor. Ze zijn grofweg in te delen in zure polysacchariden en een neutrale suiker-fractie. Beide componenten zijn histochemisch aantoonbaar. Uit mijn onderzoek naar de groeischijven van de muis bleek dat de koolhydraten een heel specifiek ruimtelijk patroon vormden. Zo’n patroon wordt voor een belangrijk deel bepaald door het feit dat collageen een verbinding aangaat met zure polysacchariden óf met neutrale suikers.

Tijdens een wandeling door het Amsterdamse Bos brak ik mij voor de zoveelste keer het hoofd over de vraag wat de functionele betekenis van het opmerkelijke histochemisch patroon zou kunnen zijn en kreeg ik een onverwachte ingeving. Ik stelde mijzelf de vraag: betekent de aan de groei impliciete kraakbeen-dynamiek niet een zekere mate van verzwakking? En hoe is die dan te rijmen met de strikte eis dat het groeiende bot als één stevig geheel belast moet kunnen worden?

Zo kwam ik tot een mijns inziens plausibele veronderstelling. Is het niet zo dat collageen in een dynamische kraakbeen-groeisituatie een binding aangaat met zure polysacchariden, waardoor het op een nog onduidelijke manier voor een zekere plasticiteit zorgt? En dat in de weefselpartijen waar aan het collageen stevigheidseisen worden gesteld de binding aan neutrale suikers bijdraagt tot de stevigheid?

Het idee heeft mij niet losgelaten. In een aantal waarnemingen van fysiologische en pathologische modellen vond ik steun voor mijn vermoeden.

Verbluffende hypothese

Het nadenken over het raadselachtige aspect van de creativiteit als een essentieel element van de voortgang in de natuurwetenschappen heeft impulsen gekregen door enkele nieuw-verworven opvattingen over de werking van het menselijk brein.

Een eerste opvatting betreft het functionele samengaan van – enerzijds – de in fysisch-chemische termen beschrijfbare hersenmechanismen en – anderzijds – de subjectieve processen en gewaarwordingen die zich in het bewustzijn afspelen zoals denkprocessen, het oproepen van herinneringen en het ondergaan van stemmingen en emoties.

Tot voor kort bepaalde de traditionele ‘dualistische’ opvatting het mensbeeld: hersenen en geest zijn twee los van elkaar te denken kwaliteiten die op een ondoorgrondelijke wijze op elkaar inwerken. Steeds meer hersenonderzoekers nemen afstand van deze visie. Zij zien (hersen)materie en geest als twee innig vervlochten aspecten van een onderliggende enkelvoudige, onvoorstelbare werkelijkheid.

Steeds meer vooraanstaande wetenschappers zoals Patricia Churchland, Hans Eysenck en Francis Crick kiezen voor deze ‘monistische’ visie. Crick, die omzwaaide van moleculaire biologie naar hersenfysiologie, definieert de monistische opvatting als volgt: “De verbluffende hypothese is dat jij, je vreugden en verdrietelijkheden, je herinneringen en ambities, je gevoelens van persoonlijke identiteit en vrije wil in feite niet meer zijn dan de gedragingen van een uitgestrekt stelsel van zenuwcellen en daarmee samenhangende moleculen”.

Modulaire organisatiemodel

De tweede recent ontwikkelde voorstelling omtrent het functioneren van het menselijk brein is het ‘modulaire’ organisatiemodel. Dit model houdt in dat cognitieve processen die het bewustzijn als enkelvoudig ervaart, blijken te bestaan uit functioneel geïntegreerde deelprocessen, die elk in een afzonderlijke ‘module’ in de hersenen hun plaats hebben.

Het zien is een sprekend voorbeeld van een modulair proces. De visuele informatie wordt in het brein opgesplitst en verwerkt in anatomisch gescheiden subsystemen in de hersenschors. De betreffende modulen verwerken afzonderlijke kwaliteiten van de totale informatie zoals kleur, beweging en diepte. Op welke wijze deze informatie-elementen tot één ervaring worden geïntegreerd, is nog onbekend.

PET

Er zijn gecompliceerde methoden beschikbaar en in ontwikkeling die het mogelijk maken bepaalde geactiveerde hersengebieden zichtbaar te maken en daardoor nauwkeurig te localiseren. De tot nu toe meest toegepaste afbeeldingstechniek is de positron-emissie-tomografie (PET).

Bij deze techniek gaat men ervan uit dat activering een toename in de doorbloeding van het betreffende hersendeel met zich meebrengt. Deze toename maakt men met behulp van een radioactief isotoop zichtbaar. Bepaalde specifieke mentale functietoestanden bij proefpersonen komen overeen met bepaalde activeringshaarden in de hersenen. Deze methode heeft een groot aantal gegevens opgeleverd die belangrijke inzichten geven in de ruimtelijke localisatiepatronen waarmee duidelijk bepaalde psychologische functietoestanden gepaard gaan.

PETscans van de hersenen tijdens een studie naar selectieve aandacht. Het experiment gaat als volgt: met radioactief water wordt de doorbloeding van de hersenen in rust in beeld gebracht. Dit wordt herhaald terwijl de proefpersoon een taak uitvoert, bijvoorbeeld een knop indrukken als er een blauw balletje rechts op een beeldscherm verschijnt. In de gele gebieden is de hersenactiviteit tijdens het uitvoeren van de taak groter dan in rust. Voor de duidelijkheid zijn de actieve centra op een rood beeld van de hersenen geprojecteerd. De vier afbeeldingen geven de binnen- en buitenzijden van de linker- en rechterhersenhelft weer. A. Paans, Academische Ziekenhuis Groningen

Hersenschors

Op grond van ons huidig inzicht gaan we ervan uit dat elk cognitief proces berust op het georkestreerd zijn van een aantal strikt gelocaliseerde welomschreven hersengebieden, de moduli. Dit mechanisme geldt zowel voor schijnbaar eenvoudige als voor ingewikkelde cognitieve processen. Ook van creatief denken mogen we aannemen dat het wordt bepaald door activering van een modulair systeem.

Het veronderstelde creativiteitscentrum ligt waarschijnlijk in een deel van de frontaalhersenen. Dit gebied heeft namelijk verbindingen met regionen die een rol spelen bij het creatieve moment, zoals centra voor de herinneringen en voor aandacht. Ook zintuiglijke signalen bereiken dit hersenschorsgebied. Een bijkomend argument is dat bij beschadiging van dit gedeelte van de hersenen een vermindering optreedt van de bekwaamheid tot handelingen die initiatief en verbeeldingskracht vereisen.

Het zal niet lang meer duren voor wij ons een idee kunnen vormen over een in het brein gelocaliseerd creativiteitscentrum. Zo’n centrum kunnen we dan zien als een cruciaal onderdeel van een modulair systeem dat ten grondslag ligt aan creatieve begaafdheid.

Flits

We dienen ons daarbij van een aantal problemen bewust te zijn. In de eerste plaats wijzen alle verklaringen van wetenschappers erop dat de creatieve ingeving het karakter heeft van een spontane flits. De beschikbare technieken voor afbeelding van geactiveerde hersencentra hebben een vermogen dat te gering is om flitsachtige impulsen te kunnen localiseren. Maar de ervaring leert dat het menselijk vernuft er vrijwel altijd in slaagt problemen van zuiver technische aard op te lossen.

Een tweede punt is dat we de ambiance die bevorderlijk lijkt te zijn voor de creatieve bewustwording in het laboratorium op een of andere manier moeten realiseren.

Zal de kennis omtrent het creatieve proces in relatie met het functioneren van ons brein het ooit mogelijk maken creativiteit gericht te stimuleren? Een paar honderd jaar geleden noteerde de Duitse fysicus Georg Christian Lichtenberg (1742-1799) in een van zijn Sudelbücher deze wonderlijke ontboezeming: “Een geringe verlevendiging door de wijn begunstigt de sprongen van de creativiteit. Orde en planmatigheid zijn evenwel alleen maar met koel verstand gediend.”

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 30 augustus 1996

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.