De wetenschap achter waarnemen

Een week na de bekendmaking van het bericht spreek ik Floris de Lange op zijn vaste werkstek: het Donders centrum voor Cognitieve Neuroimaging in Nijmegen. Op dezelfde plek rolde hij in 2000 in het hersenonderzoek toen de MRI-scanners in opkomst kwamen. Inmiddels is hij er principal investigator en geeft hij leiding aan een onderzoeksteam.

Na jaren van onderzoek en inspiratie vroeg de Lange zich af wat hij nou echt wilde weten over het brein. Bijvoorbeeld hoe het komt dat mensen Jezus in een toastje zien. Of wat er gebeurt wanneer iemand met te veel kracht een pak melk uit de koelkast haalt dat buiten zijn weten om door iemand anders is leeggedronken.

“Toen ik daarover nadacht kwam ik erachter dat niemand zich afvroeg: waar zit voorkennis in het brein? En hoe wordt die dan eigenlijk gecombineerd met input vanuit je zintuigen? Dát wilde ik weten!”

Waarom heb jij een Vidi-subsidie gekregen? Wat maak jouw onderzoek zo vernieuwend ten opzichte van andere onderzoeken?

“In mijn geval heb ik een hypothese genomen over hoe het brein zou kunnen werken. Het is een soort raamwerk over het brein. Dat we het niet meer zien als een passieve machine die informatie verwerkt, maar veel meer als een actieve machine die zelf voortdurend hypotheses genereert en die toetst aan de hand van binnenkomende data. Dat raamwerk bestaat al heel lang maar is eigenlijk vrij recent pas populair geworden. En ik denk dat ik één van de eersten ben die dat echt empirisch probeert te onderzoeken. Tot voor kort waren er nog geen technieken die dat mogelijk maakten, nu wel. Ik denk dat het echt vernieuwend is, want het kan zorgen voor een soort paradigmaverandering in de neurowetenschappen. Het is een andere manier van nadenken over de vraag ‘wat doet het brein nou eigenlijk?’. Ik denk dat de commissie dat wellicht interessant vond.”

Wat ga je onderzoeken?

“Het doel van mijn Vidi is om waarneming te heronderzoeken. We gaan met name kijken naar visuele waarneming, waarbij ik geïnteresseerd ben in de hypothese dat waarneming een actief proces is van hypothesen testen. De hypothese ‘waarneming wordt gestuurd door wat je verwacht te gaan zien’ is heel populair aan het worden. Er is alleen nog heel weinig empirisch bewijs. Het is nu eigenlijk meer een concept dat nog moet worden uitgewerkt. Je kunt heel makkelijk zeggen dat het brein voorkennis gebruikt bij het nemen van beslissingen, maar hoe dat precies werkt, hoe voorkennis gecombineerd wordt met wat je ziet, daar is heel weinig over bekend. Dat wil ik op verschillende niveaus gaan onderzoeken. Op het meest gedetailleerde niveau wil ik gaan kijken binnen één hersengebiedje, de primaire visuele schors, of V1, hoe daar de input vanuit de ogen gecombineerd wordt met top-down verwachtingen.

Wat bedoel je met top-down verwachtingen?

“In ieder hersengebied krijgt je bottom-up_-informatie vanuit het gebied dat daaronder ligt. In het geval van de visuele schors, krijgt het allereerste station, de primaire visuele schors, informatie via het tussenstation de thalamus, rechtstreeks vanuit je ogen. Maar dit hersengebied krijgt ook een hele hoop informatie van gebiedjes boven hem. Al onze abstracte gedachten zitten allemaal boven onze primaire visuele schors, en die sturen ook allemaal signalen naar beneden. Dat bedoel ik met _top-down. En die zaken worden op de één of andere manier gecombineerd.”

Je zei dat je waarneming op verschillende niveaus wilt onderzoeken. Waar ga je naar kijken op macro-niveau?

“Ik wil kijken naar wat het hebben van verwachtingen nou doet met je subjectieve ervaring. Ervaar je dingen die je verwacht anders dan dingen die je niet verwacht? Zijn die intenser? Dat is het makkelijkst te illusteren binnen het auditieve domein. Stel je hoort de hele tijd hetzelfde toontje, en dan opeens hoor je een geluidje met een andere toonhoogte of een toontje dat je niet verwacht. Dan zie je in het brein dat er veel meer activiteit is. Opvallend genoeg is er heel weinig onderzoek dat kijkt naar de gevolgen voor je ervaring van de toon. Hoor je die dan ook veel harder? Als je toontjes laat horen en er onverwacht één zachter maakt, zie je meer hersenactiviteit. Het lijkt erop dat hersenactiviteit te maken heeft met of je iets verwacht of niet, en niet zo zeer met de intensiteit van de prikkel.”

Speel dit filmpje en tel hoe vaak de bal wordt overgegooid. Als je dit experiment nog niet kent tenminste. Lees daarna pas verder.

Waarom is ons brein zo goed in het invullen van wat we zien?

“Het is heel handig als je snel opmerkt dat je iets ziet wat je niet verwacht. Aan de andere kant is het ook handig als je snel je waarneming kan structureren aan de hand van je verwachtingen. Het gaat dus een beetje twee kanten op. Je wil denk ik met name dingen invullen wanneer goede informatie van de ogen ontbreekt, maar je wil ook dat binnenkomende informatie die afwijkt van wat je verwacht, snel wordt opgepikt. Het brein is een goede gokker en dat is handig. Je kunt daardoor informatie snel structureren, maar daardoor ook rapper afwijkingen detecteren. Ken je dat voorbeeld van die man in dat apenpak die voorbij komt terwijl je moet tellen hoe vaak een clubje mensen in witte T-shirts een bal overgooit?”

“Wat ik het meest interessant vind aan het experiment is niet zozeer dat veel mensen de man in het apenpak niet zien, maar dat ze zo verbaasd zijn over het feit dat ze hem niet gezien hebben. Dat zegt volgens mij dat wij echt onze waarneming invullen. Het is niet zo dat we een soort zwart gat zien op de plek waar de man met zijn apenpak loopt. We vullen gewoon in wat we denken dat daar zou moeten zijn, en denken ondertussen dat we alles zien.”

“Eigenlijk kun je over dat hersengebied nadenken als een soort schoolbord, dat beschreven wordt door je ogen, maar het wordt ook ingevuld door je gedachten. Voordat je een plaatje vanuit je ogen binnenkrijgt staan er al schetsen op het bord door je verwachtingen. Op het moment dat er via je ogen iets binnenkomt wordt het met vrij dik krijt erop gezet, maar dat gaat wel al uit van hetgeen er op het bord staat. De schetsen worden als het ware uitgewerkt.”

Wat is je uiteindelijke doel?

“Ik wil de verschillende niveaus van beschrijving met elkaar verbinden. Ik wil snappen hoe al die kleine dingen die in ons brein gebeuren uiteindelijk leiden tot processen als waarneming en geheugen. Dat vind ik ontzettend belangrijk en fascinerend!”