Je bevriest op zijn plaats, probeert op adem te komen, en in je hoofd is er maar één gedachte: "Hoe heb ik het gedaan?"
We hebben allemaal een vergelijkbare situatie meegemaakt. Hoewel het nog steeds vaker gaat om het per ongeluk aanzetten van een nieuwe ultramoderne magnetron, door willekeurig op de knoppen te porren. Of je nu je leven redt of gewoon eten wilt opwarmen, je brein moet twee problemen tegelijk oplossen om te begrijpen: actie X houdt resultaat Y in.
Kunstenaarsprobleem: heb ik het gedaan?
Actie versus resultaatprobleem: welke van de dingen die ik deed, veroorzaakten het resultaat Y?
De vragen zijn niet eenvoudig. We doen veel dingen, en dit alles leidt tot iets. Bovendien vinden sommige gebeurtenissen constant om ons heen plaats, en slechts een klein deel ervan hangt van ons af. Daarom moeten de hersenen resultaat Y scheiden van de algemene stroom van gebeurtenissen. Dan moet hij bepalen of we iets te maken hebben met wat er is gebeurd. Tegelijkertijd komt informatie van de zintuigen pas na het uitvoeren van acties die het incident hadden kunnen veroorzaken. Dopamine, de eerste viool in symfonieën van vele cognitieve theorieën, is verantwoordelijk voor deze processen.
We hebben een hypothese die in detail het neurale proces beschrijft van het correleren van een actie met zijn uitvoerder en resultaat. Deze hypothese komt voort uit twee fundamentele ideeën.
Ten eerste hebben de hersenen een model van hoe de buitenwereld werkt - op basis daarvan proberen ze constant te raden wat er daarna zal gebeuren. Als de voorspelling niet uitkomt, ontstaat er een verrassing, en de gebeurtenis die deze veroorzaakte, onderscheidt zich van de stroom van gewone en voorspelbare verschijnselen.
Promotie video:
Ten tweede registreren de hersenen alles wat we zojuist hebben gedaan, wat betekent dat elke onverwachte gebeurtenis kan worden gecorreleerd met een reeks recente acties die in het geheugen zijn opgeslagen. Zodra er een verbinding is gevonden, kan de actie worden herhaald - en controleer of dit tot een soortgelijk resultaat leidt. Een positief antwoord duidt op een oorzakelijk verband.
In geen van beide gevallen kunnen we zonder onze oude vriend - dopamine. Op het eerste gezicht, als het gaat om het correleren van acties met resultaten, is deze neurotransmitter de slechtste van alle mogelijke helpers. Dopamine wordt in grote hoeveelheden tegelijkertijd in verschillende hersengebieden geproduceerd. Deze methode is totaal niet effectief om een enkele verbinding tussen een reeks neuronen te isoleren - zeg maar tussen degenen die verantwoordelijk zijn voor de actie X en het resultaat Y. Maar in feite is dit een buitengewoon geavanceerd mechanisme. Het vrijkomen van dopamine is te vergelijken met het uitzenden van een radiosignaal. Met zijn hulp wordt het volgende bericht onmiddellijk naar verschillende delen van de hersenen gestuurd: “Er gebeurde iets heel ongewoons net buiten de hersenen. Hoeveel van jullie zullen hier de verantwoordelijkheid voor nemen?"
Een persoon tijdens deze uitzending is verrast. Dit gevoel ontstaat wanneer de hersenen een fout maken in hun voorspellingen. Er is voldoende bewijs dat dopamine-neuronen dienen om een fout te signaleren wanneer de hersenen de kans op een beloning berekenen. Als je brein aanneemt dat er binnenkort geen beloning voor je zal schijnen, en plotseling geeft een volslagen vreemde je een donut, dan worden dopamine-neuronen even geactiveerd. Ze brengen de rest van de hersenen de verrassing over dat er iets onverwachts goeds is gebeurd. De neuronen lijken te schreeuwen: "Het maakt niet uit wie van jullie een donut voor ons heeft gegeven, maar het moet worden herhaald!"
De hersenen kunnen het bij het verkeerde eind hebben over meer dan alleen de waarschijnlijkheid van een beloning. We weten ook dat dopamine-neuronen bevooroordeeld zijn bij het voorspellen van een ongewenste uitkomst. Dingen die u misschien wilt leren vermijden, zoals het niet indrukken van een knop waardoor een slang in uw badkamer wordt gedumpt. Een onjuiste inschatting van de verleden tijd na een recente gebeurtenis. En ook dat je niet helemaal zingt zoals je zou willen. U wist waarschijnlijk niet dat er een muziekrecensent in uw middenhersenen zit?
Al deze mechanismen waardoor verschillende fouten een korte afgifte van dopamine veroorzaken, hebben een eenvoudige verklaring: dopamine-neuronen zijn verantwoordelijk voor het overbrengen van verrassing. En, nog belangrijker, deze release vindt altijd plaats onmiddellijk na een onverwachte gebeurtenis Y en dient als tijdstempel.
Dus je hersenen hebben gemerkt dat er iets cools is gebeurd in de omringende wereld, en dopamine stelt de rest van zijn delen hiervan op de hoogte. Nu moet je bepalen of een van je acties de oorzaak was van deze beurt. In dit geval lijmen de hersenen als het ware de actie en het resultaat, waardoor de lokale verbinding tussen hen wordt versterkt.
Om dit te doen, moet u informatie vinden over de actie of acties die plaatsvonden voordat de informatie over het resultaat werd vastgelegd. Uiteindelijk kan communicatie alleen van oorzaak tot gevolg gaan, en niet andersom. Laten we zeggen dat er een licht in de kamer gaat branden - waarom? Het is onwaarschijnlijk omdat je het verschijnen van licht markeerde met een speciale rituele dans op één been en tegelijkertijd een dode kip slingerde. De reden is eerder dat je bij de ingang de schakelaar omdraaide (natuurlijk met de hand waarin geen kip zat).
De belangrijkste taak van dopamine-afgifte op korte termijn is om de juiste te vinden tussen de recente acties. Wanneer een elektrische impuls langs het axon begint te gaan en een bericht naar de ontvangende neuronen gaat, begint een lang proces in het neuron, waarin de concentraties van verschillende moleculen, in het bijzonder calcium, veranderen. Bovendien laat activiteit op elke inkomende verbinding met dit neuron ook sporen van calcium achter, waardoor deze input als potentieel belangrijk wordt gemarkeerd.
Dopamine werkt ook op de kruising van twee neuronen. Stel dat een neuron een opdracht geeft om een actie uit te voeren die een bepaald resultaat met zich meebrengt, en een ander neuron, dat verbinding maakt met de eerste, meldt: "Ik werd op dat moment geactiveerd." Nu is de informatie in deze verbinding gecodeerd: "Doe hetzelfde als ik weer geactiveerd ben." Als het neuron dat verantwoordelijk is voor de actie wordt afgevuurd als reactie op de activering van het tweede neuron, blijven er sporen van calcium in achter. Ze zullen dienen als een herinnering dat deze specifieke verbinding en dit specifieke neuron erbij betrokken waren. In aanwezigheid van calcium wordt de verbinding tussen deze neuronen versterkt door dopamine. De gedachte 'doe hetzelfde als ik weer geactiveerd ben' wordt dus alleen versterkt als beide neuronen op het juiste moment worden geactiveerd.
Nog verrassender is het feit dat causaliteit is ingebouwd in de regels waarmee de sterkte van de verbindingen tussen twee afzonderlijke neuronen verandert. Blijkbaar herinnert de verbinding tussen neuronen A en B zich in welke volgorde ze werden afgevuurd. Als neuron A vlak voor neuron B wordt geactiveerd, kan dit logischerwijs leiden tot activering van de laatste. Deze verbinding is gelabeld met calcium en deze binding kan in de toekomst worden versterkt.
Maar als neuron A direct na neuron B wordt geactiveerd, kan het niet langer de oorzaak zijn van B-activering. Integendeel, een dergelijke verbinding zal moeten worden verzwakt, aangezien in dat geval de activering van neuron A interfereert met neuron B. Als neuron A lang voor of lang na neuron B wordt geactiveerd, zal de sterkte van de verbinding niet veranderen. Het lijkt er inderdaad op dat de regels voor het veranderen van de sterkte van de verbinding specifiek zijn ontworpen om de hersenen te trainen om causale verbanden te leggen.
Dit is hoe de hersenen het probleem oplossen van het correleren van actie met het resultaat. Hij vindt de actie X die het resultaat Y veroorzaakte door een signaal uit te zenden dat er iets ongewoons is gebeurd buiten de hersenen, en ook door deze gebeurtenis te timestamping. Dit signaal wordt alleen ontvangen op de plaats waar het neuron dat verantwoordelijk is voor de actie zojuist is geactiveerd. Dit wordt bepaald door de moleculaire sporen die na activering achterblijven. Als deze verbinding opnieuw wordt geactiveerd, is de kans groter dat de actie-neuronen X worden geactiveerd. Dit betekent dat de persoon zelf in een vergelijkbare situatie eerder geneigd is om precies de actie X uit te voeren. Zo bepalen we of X daadwerkelijk Y aanroept en stemmen we ons begrip van de buitenwereld af.
Het probleem van het correleren van de actie met de uitvoerder moet nog worden opgelost, en nu is het gemakkelijker geworden om dit te doen. Hoe weten de hersenen dat je niets te maken hebt met wat er gebeurt? Het dopaminesignaal vertoont geen sporen van activiteit in neuronen. Het ontbreken van sporen betekent: "Ik heb er niets mee te maken."
Het kan echter ook gebeuren: de neuronen die verantwoordelijk zijn voor de actie werden vlak voor het resultaat geactiveerd, maar waren er niet de oorzaak van. Daarom moet de handeling worden herhaald. Als actie X opzettelijk wordt herhaald en geen resultaat Y veroorzaakt, is er geen bewijs dat er een verband tussen de twee is.
De principes waarmee de hersenen causaliteit vaststellen, is een van de belangrijkste werkgebieden van de moderne neurowetenschappen, maar over het algemeen blijft dit gebied mysterieus en wordt er weinig onderzocht. Elementen van de theorie van perceptie van causale verbanden komen van tijd tot tijd in de literatuur naar voren, maar de auteurs richten zich hier zelf niet op. Dit betekent dat het op dit gebied hypothetisch mogelijk is om veel ontdekkingen te doen, gezien het aantal vragen dat nog niet beantwoord is. Laten we eens kijken naar een van deze vragen. Hoe gebruiken de hersenen deze informatie in de toekomst?
De perceptie van causaliteit is gebaseerd op het idee dat onze hersenen een voorspellend model van de wereld gebruiken. Zo ja, dan zouden we ook een omgekeerd model moeten hebben dat antwoord geeft op de vraag "Hoe verander je de wereld?" We kunnen zeggen: "Ik wil resultaat Y" en het inverse model gebruiken om de vereiste "actie X" te vinden die tot het gewenste resultaat zal leiden.
Dit betekent dat we voortdurend twee modellen moeten aanpassen: voorspellend (als je dit doet, verandert dit in de wereld) en omgekeerd (om iets in de wereld te veranderen, moet je dit doen). Het is zeer waarschijnlijk dat dopamine verantwoordelijk is voor het afstemmen van elk van deze circuits. Maar waar vindt de aanpassing zelf plaats? Veranderen deze modellen samen of afzonderlijk? We hebben er geen idee van. Hoeveel verschillende modellen van de externe wereld de hersenen creëren, hoe ze met elkaar omgaan en hoe ze elkaar aanvullen - dit zijn allemaal onbeantwoorde vragen.
Het vermogen om causale verbanden vast te stellen door middel van vallen en opstaan is waargenomen bij verschillende soorten. Niet alleen bij dieren, maar ook bij vogels. Dit vermogen verbindt individuele gebeurtenissen in een reeks: als ik actie X doe, wordt het gevolgd door een resultaat Y. Sommige soorten kunnen een oorzakelijk verband vaststellen door middel van imitatie. Terwijl ze hun familieleden observeren, kunnen pimpelmezen van de mezenfamilie leren de doppen van melkflessen los te schroeven (serieus, het is beter om deze vogels niet boos te maken).
Maar de mens heeft één voordeel: taal. Dankzij hem hoeven we geen energie meer te verspillen aan eindeloze observaties van ketens van acties, alleen beperkt door onze eigen ervaring. Met behulp van taal kunnen we causale verbanden verklaren en abstract overbrengen: in boeken, tijdschriften, documentaires. Of neem een YouTube-gids van meerdere uren over hoe je over een V8 heen gaat. We kunnen onze waarnemingen vastleggen en gaten achterlaten waar er niet genoeg schakels in de keten tussen X en Y zijn (dit wordt "wetenschap" genoemd). We kunnen informatie delen en oorzakelijke verbanden vinden op grotere schaal en in grotere steekproeven dan voor een individu beschikbaar is.
Het feit dat mensen de oorzaken van complexe verschijnselen hebben geïdentificeerd, zoals het uitsterven van soorten of de opwarming van de aarde, is een bewijs van ons vermogen om de wereld buiten de individuele ervaring te begrijpen. Alleen het menselijk brein kan niet alleen begrijpen wat het zelf heeft veroorzaakt, maar ook wat we allemaal hebben veroorzaakt.
Mark Humphries
