Vroeger dachten we dat de hersenen als een precisiemachine werkten.
Eén cel voor één taak. Een “plaatscel” voor uw locatie. Een “Jennifer Aniston-cel” voor haar gezicht. Het was logisch. Het was schoon. Het was elegant.
Het ging ook grotendeels mis.
Stefano Fusi, een onderzoeker aan Columbia University, heeft de gegevens bekeken. Wat hij ziet is geen verzameling hypergespecialiseerde experts. Het is een groep generalisten. “Deze [eerdere] neuronen zijn eigenlijk de uitzondering, niet de regel”, zegt hij.
De overvloedige cellen? Degenen die we negeerden omdat ze niet opzichtig genoeg waren? Misschien doen ze wel het zware werk.
De mythe van het neuron met één doel
In 2013 ontdekte Fusi iets vreemds in de hersenen van apen. Hij vond neuronen met ‘gemengde selectiviteit’. Deze cellen gaven niet alleen om één ding. Ze schoten toen meerdere inputs hen tegelijk raakten. Taakgerelateerd? Ja. Locatiespecifiek? Nee. Ze wilden een mix.
Maar één onderzoek bij apen lost het debat niet op. Je hebt schaalgrootte nodig. Je moet weten of dit een eigenaardigheid of de norm is.
Dus wendde Fusi zich tot het International Brain Laboratory. Ze hebben opnames van meer dan 100 muizen. Deze zaten daar niet zomaar. De muizen waren aan het werk. Ze zagen links of rechts een afbeelding. Ze moesten het naar het midden verplaatsen. Dat deden ze door aan een wiel te draaien.
Eenvoudige taak? Misschien. Maar de neurale activiteit vertelde een ander verhaal.
Hoe gemengde selectiviteit de cortex domineert
De onderzoekers brachten de activiteit in kaart. Ze zochten de specialisten.
Ze hebben ze gevonden. Maar alleen in specifieke zakken. De primaire visuele cortex bijvoorbeeld behield zijn bijzondere status. Die cellen gaven om het gezichtsvermogen. Dat was hun taak.
Overal elders? Chaos. Of beter gezegd: complexiteit.
Neuronen buiten de visuele cortex verwerkten niet alleen het beeld. Het maakte hen uit waar het op het scherm stond. Ze gaven om de beslissing om naar links of naar rechts te gaan. Ze gaven om de fysieke handeling van het draaien van het wiel. Eén cel. Veel banen.
Het belangrijkste om te benadrukken is dat er gespecialiseerde neuronen zijn [zoals plaatscellen]. Maar deze zijn niet de norm.
Het ging niet alleen om de taak. Het ging over hoe verschillende neuronen op dezelfde stimulus reageerden. Neem de somatomotorische gebieden. Deze regio’s plannen beweging. Sommige cellen vuurden wild als de muizen hun snorharen likten of bewogen. Anderen? Ze gaven nauwelijks toe.
Individuele neuronen zijn niet bijziend gefocust. Ze tunnelen niet naar één stukje informatie. Ze werpen een breed net uit.
Waarom generalisten misschien beter zijn
Ben Hayden van het Baylor College of Medicine noemt dit een “gigantische klap in het gezicht” van de oude theorie.
Het probleem met het zoeken naar specialisten is het eindeloze zoeken. Mist u een cel? Je zegt: “Misschien moet ik gewoon meer opnemen.” Hayden wijst op de omvang van deze nieuwe studie. Ze registreerden 14.000 neuronen.
Toch vooral generalisten.
Dit verandert de manier waarop we naar de hersencapaciteit kijken. Als elk neuron maar één ding zou doen, zou je oneindig veel cellen nodig hebben om elke mogelijke combinatie van inputs te verwerken. Generalisten lossen dat op. Door op enigszins verschillende manieren op meerdere inputs te reageren, maximaliseren ze de informatie die de hersenen kunnen verwerken.
Dit omvat waarschijnlijk geheugen, cognitie, besluitvorming en perceptie. Geen aparte afdelingen. Een gaas.
Waar gaan we heen vanaf hier?
De muistaak was eenvoudig. Een echt wereldprobleem is multidimensionaal. Fusi geeft dit toe. Hij wil zien wanneer neuronen besluiten zich te concentreren en wanneer ze zich verspreiden.
De volgende stap zijn geen muizen. Het zijn primaten. Het zijn mensen.
Zijn team werkt samen met onderzoekers die epilepsiepatiënten bestuderen. Deze patiënten zijn bij bewustzijn tijdens een openhersenoperatie. Het is een zeldzaam raam. Ze kunnen menselijke neuronen in realtime registreren.
Fusi wil de lens volledig verschuiven. Kijk niet langer naar één cel tegelijk.
Het is moeilijk. Het is rommelig. Maar het is noodzakelijk. Eén neuron praat niet met een ander neuron. Elk neuron is verbonden met ongeveer 10.000 andere neuronen in zijn dendritische boom. Het ziet het hele netwerk.
Dat moeten wij dus ook doen.
