De hersenen — „Meer dan een computer”

DE HERSENEN van de mens zijn nog zo’n buitengewoon orgaan. Ze worden, te zamen met de rest van het zenuwstelsel, vaak vergeleken met door mensen vervaardigde computers. Natuurlijk worden computers door mensen geconstrueerd en werken ze volgens stap voor stap gegeven instructies die vooraf zijn bepaald door menselijke programmeurs. Niettemin geloven velen dat er voor het „bedraden” en „programmeren” van het menselijk brein geen intelligentie verantwoordelijk was.

Hoewel computers buitengewoon snel zijn, kunnen ze telkens maar één stukje informatie verwerken, terwijl het menselijk zenuwstelsel miljoenen stukjes informatie gelijktijdig verwerkt. Tijdens een lentewandeling kunt u bijvoorbeeld van het prachtige landschap genieten, naar het gezang van vogels luisteren en de bloemen ruiken. Al deze plezierige gewaarwordingen worden tegelijkertijd naar uw hersenen gezonden. Op hetzelfde moment stroomt er informatie binnen van de receptoren in uw ledematen, die uw hersenen op de hoogte stellen van de steeds wisselende positie van elk been en de toestand waarin iedere spier zich bevindt. Eventuele obstakels op uw pad worden door uw ogen waargenomen. Op grond van al deze informatie zorgen uw hersenen ervoor dat iedere stap die u doet probleemloos verloopt.

Intussen regelen de lagere regionen van uw hersenen uw hartslag, ademhaling en andere levensfuncties. Maar uw hersenen doen nog veel meer. Terwijl u loopt kunt u zingen, praten, het landschap dat u ziet vergelijken met wat u eerder hebt gezien of plannen voor de toekomst maken.

„De hersenen”, concludeert The Body Book, „zijn veel meer dan een computer. Geen enkele computer kan tot de conclusie komen dat hij zich verveelt of zijn talenten verspilt en veranderingen in zijn leven moet aanbrengen. De computer kan niet zijn eigen programma drastisch veranderen; voordat hij aan iets nieuws begint, moet iemand met hersenen hem herprogrammeren. . . . Een computer kan zich niet ontspannen of dagdromen of lachen. Hij kan niet geïnspireerd raken of creatief worden. Hij kan zich niet van iets bewust worden of een betekenis begrijpen. Hij kan niet verliefd worden.”

De wonderbaarlijkste van alle hersenen

De hersenen van dieren zoals olifanten en sommige grote zeedieren zijn groter dan die van de mens, maar in verhouding tot de lichaamsgrootte zijn de menselijke hersenen de grootste van allemaal. „De gorilla”, verklaart Richard Thompson in zijn boek The Brain, „is in fysiek opzicht groter dan de mens, maar heeft slechts een kwart van de hersenomvang van de mens.”

Het aantal verschillende verbindingen tussen neuronen (zenuwcellen) in de menselijke hersenen is astronomisch. Dit komt doordat de neuronen onderling zo verweven zijn; één neuron kan zich verbinden met meer dan honderdduizend andere neuronen. „Het aantal mogelijke verbindingen binnen ons hedendaagse brein is vrijwel oneindig”, verklaart Anthony Smith in zijn boek The Mind. Het is groter „dan het totale aantal atoomdeeltjes waaruit het ons bekende universum is opgebouwd”, zegt de neuroloog Thompson.

Maar er is iets dat nog opmerkelijker is. De manier waarop dit reusachtige neuronennetwerk verbonden is, stelt de mens in staat te denken, te spreken, te luisteren, te lezen en te schrijven. En deze dingen kunnen in twee of meer talen worden gedaan. „Taal is het doorslaggevende verschil tussen mensen en dieren”, verklaart Karl Sabbagh in zijn boek The Living Body. Daarbij vergeleken is de communicatie tussen dieren eenvoudig. Het verschil, zo geeft de evolutionist Sabbagh toe, „is niet slechts een onbeduidende verbetering ten opzichte van het vermogen van andere dieren om geluiden voort te brengen — het is het fundamentele kenmerk dat mensen tot mensen maakt, en de grote verschillen in de structuur van de hersenen getuigen daarvan”.

De wonderbaarlijke structuur van de menselijke hersenen heeft velen ertoe gemotiveerd het potentiële vermogen ervan beter te benutten door zich in een vak te bekwamen, een muziekinstrument te leren bespelen, een andere taal te leren of eventuele andere talenten te ontwikkelen die de vreugde van het leven vergroten. „Wanneer u een nieuwe vaardigheid leert,” schrijven de artsen R. en B. Bruun in hun boek The Human Body, „traint u uw neuronen nieuwe verbindingen te vormen. . . . Hoe meer u uw hersenen gebruikt, hoe efficiënter ze worden.”

Door wie gemaakt?

Had iets dat in zo’n hoge mate georganiseerd en geordend is als de hand, het oog en de hersenen door toeval kunnen ontstaan? Als de mens de eer krijgt voor het uitvinden van werktuigen, computers en de fotografische film, dan moet iemand toch zeker de eer krijgen voor het maken van de veelzijdiger hand, het oog en de hersenen. „O Jehovah,” zei de bijbelse psalmist, „ik zal u prijzen omdat ik op een vrees inboezemende wijze wonderbaar ben gemaakt. Uw werken zijn wonderbaar, zoals mijn ziel zeer wel weet.” — Psalm 139:1, 14.

Veel wonderbaarlijke functies van het menselijk lichaam vinden plaats zonder dat wij er ons bewust voor inspannen. In komende uitgaven van dit tijdschrift zullen enkele van deze verbazingwekkende mechanismen besproken worden, alsook de vraag of oud worden, ziekte en de dood overwonnen kunnen worden, zodat wij voor eeuwig van het leven kunnen genieten!

[Kader op blz. 10]

Uw wonderbaarlijke neuronen

EEN neuron is een zenuwcel met alle daarbij behorende processen. Uw zenuwstelsel bevat vele soorten neuronen, waarvan er in totaal zo’n 500 miljard zijn. Sommige ervan zijn receptoren die informatie vanuit verschillende delen van het lichaam naar uw hersenen zenden. Neuronen in de hogere hersenregionen functioneren als een videorecorder. Ze kunnen de van uw ogen en oren afkomstige informatie blijvend opslaan. Jaren later kunt u deze beelden en geluiden „opnieuw afdraaien”, te zamen met gedachten en andere gewaarwordingen die door geen enkel menselijk apparaat kunnen worden vastgelegd.

Het geheugen van de mens is nog altijd een mysterie. Het heeft te maken met de manier waarop de neuronen verbindingen met elkaar aangaan. „De gemiddelde hersencel”, verklaart Karl Sabbagh in zijn boek The Living Body, „verbindt zich met ongeveer 60.000 andere; en sommige staan zelfs in verbinding met wel een kwart miljoen andere cellen. . . . De menselijke hersenen kunnen in de verbindingswegen tussen de zenuwcellen op zijn minst 1000 maal meer informatie bevatten dan de grootste encyclopedie — van zeg maar 20 of 30 grote delen.”

Maar hoe geeft een neuron informatie aan een ander neuron door? Dieren met een eenvoudig zenuwstelsel hebben veel aan elkaar gekoppelde zenuwcellen. In zo’n geval gaat er via de brug van het ene naar het andere neuron een elektrische impuls. De overbrugging wordt een elektrische synaps genoemd. Dit werkt snel en eenvoudig.

Hoe vreemd het ook mag lijken, in het menselijk lichaam geven de meeste neuronen de boodschappen door via een chemische synaps. Deze tragere, ingewikkelder methode kan worden geïllustreerd met een trein die aankomt bij een rivier waarover geen brug ligt, en daarom overgevaren moet worden. Wanneer een elektrische impuls een chemische synaps bereikt, moet hij stoppen omdat een spleet de twee neuronen scheidt. Hier wordt het signaal „overgevaren” door chemische stoffen die voor de overdracht zorgen. Waarom deze complexe elektrochemische overdracht van zenuwimpulsen?

Geleerden zien veel voordelen in de chemische synaps. Hij zorgt ervoor dat de boodschappen één kant op gaan. Men beschrijft hem ook als plooibaar omdat zijn functie of structuur gemakkelijk kan veranderen. Hier kunnen signalen worden gewijzigd. Door gebruik worden sommige chemische synapsen sterker terwijl andere verdwijnen omdat ze niet worden gebruikt. „Het leer- en herinneringsvermogen zouden zich niet kunnen ontwikkelen in een zenuwstelsel waarin slechts elektrische synapsen voorkwamen”, verklaart Richard Thompson in zijn boek The Brain.

Wetenschappelijk schrijver Smith verklaart in zijn boek The Mind: „Neuronen geven niet slechts wel of geen signaal . . . ze moeten in staat zijn veel subtielere informatie door te geven dan ja of nee. Ze zijn niet slechts hamers die op de volgende spijker slaan, hetzij vaker of minder vaak. Ze zijn, om deze analogie door te trekken, als de gereedschapskist van de timmerman, met schroevedraaiers, combinatie- en nijptangen, houten hamers — en gewone hamers. . . . Elke zenuwimpuls wordt al gaande getransformeerd, en nergens anders dan bij de synapsen.”

De chemische synaps heeft nog een voordeel. Hij neemt minder plaats in dan een elektrische synaps, wat verklaart waarom het menselijk brein zo veel synapsen telt. Het tijdschrift Science noemt een getal van 100.000.000.000.000 — het equivalent van het aantal sterren in honderden melkwegstelsels. „Wij zijn wat wij zijn”, voegt de neuroloog Thompson eraan toe, „omdat onze hersenen in wezen chemische in plaats van elektrische machines zijn.”

[Kader op blz. 12]

Waarom uw hersenen zo veel bloed nodig hebben

VOOR u een zwembad induikt, steekt u misschien voorzichtig een teen in het water. Als het water koud is, reageren minuscule koudereceptoren in uw huid heel snel. Binnen een seconde registreren uw hersenen de temperatuur. Pijnreceptoren kunnen de informatie nog sneller overbrengen. Sommige zenuwimpulsen bereiken snelheden van 360 kilometer per uur — vergelijkbaar met het in de lengte afrennen van een voetbalveld in één seconde.

Hoe bepalen de hersenen echter de intensiteit van een gevoel? Eén manier is door de frequentie waarmee een neuron signalen geeft; sommige geven duizend of meer signalen per seconde. De intense activiteit die tussen de neuronen in de hersenen plaatsvindt, zou onmogelijk zijn zonder het werk van pompen en krachtcentrales.

Elke keer dat een neuron een signaal doorgeeft, stromen atomen met een elektrische lading de cel binnen. Als werd toegestaan dat deze zogeheten natriumionen zich ophopen, zou het neuron geleidelijk zijn vermogen om een signaal door te geven, verliezen. Hoe wordt het probleem opgelost? „Elk neuron”, zo verklaart wetenschappelijk schrijver Anthony Smith in zijn boek The Mind, „bevat ongeveer een miljoen pompen — elk daarvan is een klein bobbeltje op het celmembraan — en elke pomp kan per seconde ongeveer 200 natriumionen tegen 130 kaliumionen uitwisselen.” Zelfs wanneer de neuronen niet actief zijn, blijven de pompen werken. Waarom? Om het effect tegen te gaan van naar binnen lekkende natriumionen en naar buiten lekkende kaliumionen.

Voor de pompwerking is een constante aanvoer van energie nodig. De energie wordt geleverd door minuscule mitochondriën, of „krachtcentrales”, die overal verspreid in elke cel voorkomen. Voor de produktie van energie heeft elke krachtcentrale zuurstof en glucose nodig die door het bloed worden aangevoerd. Geen wonder dat uw hersenen zo veel bloed nodig hebben. „Hoewel de hersenen slechts ongeveer 2 procent van het totale lichaamsgewicht uitmaken,” legt Richard Thompson in zijn boek The Brain uit, „ontvangen [ze] 16 procent van de bloedvoorraad . . . Hersenweefsel ontvangt 10 keer zoveel bloed als spierweefsel.”

Als u de volgende keer voelt hoe koud het water is, wees dan dankbaar voor de biljoenen pompen en krachtcentrales in uw hersenen. En bedenk dat al deze activiteit mogelijk is door de zuurstof en glucose die door uw bloed worden getransporteerd.

[Illustratie op blz. 9]

De menselijke hersenen verwerken miljoenen bits informatie tegelijk. Als u beweegt, houden de receptoren in uw ledematen uw hersenen op de hoogte van de steeds wisselende positie van elke arm en de toestand waarin elke spier zich bevindt

[Illustratie op blz. 11]

De hersenen zijn veel ingewikkelder en veelzijdiger dan een computer