Wetenschappers lokaliseren het bewustzijn in het brein

Voor het hersenonderzoek van het onderzoeksteam van professor Jun Kitazono, verbonden aan de universiteit van Tokio, moest er niemand op een operatietafel, er kwamen zelfs geen fysieke hersenen aan te pas. De onderzoekers pasten namelijk een volledige digitale methode toe. Ze ontwikkelden een algoritme dat gericht is op het vinden van “complexen”, of gebieden met sterke bidirectionele verbindingen. Dat type van verbinding kan informatie zowel opnemen als terugsturen. De hypothese van de onderzoekers was dat bidirectionele verbindingen een essentiële voorwaarde voor de functie van bewustzijn zijn. Het algoritme werd vervolgens op een connectoom van een muis toegepast. Een connectoom is een complete kaart van de verbindingen in de hersenen. Die verbindingen, en dus de structuur van de hersenen, vertellen veel over de functies van het brein en zijn netwerken.

De werking van bidirectionele verbindingen zit eigenlijk al in de naam: specifieke neuronen in onze hersenen nemen niet enkel informatie op, maar sturen ze ook terug. Wanneer mensen blootgesteld worden aan een prikkel, zoals een beeld van een kat of de sensatie van zonlicht op de huid, nemen onze hersenen informatie op. Dit is de feed-forward-functie van de hersenen. Voor bewustzijn is er nog een andere functie nodig; de neuronen moeten ook informatie kunnen terugsturen. De onderzoekers denken dat dit component een essentieel onderdeel van bewustzijn is, aangezien het verdwijnt tijdens onbewuste toestanden zoals anesthesie, slaap en vegetatieve toestanden. Beide componenten zijn overigens belangrijk onafhankelijk van zintuig of soort. De bidirectionele verbindingen staan bij mensen, maar ook bij apen, vogels en zelfs bij vliegen in voor bewustzijn.

Hogere hersenfuncties

Uit het onderzoek blijkt dat de complexen niet gelijk verdeeld zijn over de hersenen. De corticale en thalamische gebieden in de hersenen hebben, in tegenstelling tot gebieden in het cerebellum, een hoge concentratie aan complexen. De cortex is de (evolutionair gezien relatief nieuwe) buitenste laag van de hersenen, algemeen herkenbaar door zijn typische gerimpelde structuur. Het gebied wordt vaak geassocieerd met hogere hersenfuncties, zoals bewust nadenken, de verwerking van geluid, etc. De thalamus is een gebied dat zich eerder in het centrum van de hersenen bevindt. Het is een schakelstation voor zintuiglijke informatie maar staat ook in voor bewegingen en emoties.

De resultaten komen sterk overeen met wat al werd gedacht over deze hersengebieden. Beide hersengebieden, en specifiek de thalamo-corticale lus, een systeem van neurale connecties tussen de thalamus en de cortex, worden beschouwd als belangrijk voor het bewustzijn. Het onderzoek is dus een bevestiging van het verband tussen bidirectionaliteit en bewustzijn. Toch geven de auteurs aan dat de studie beperkt is door een statische kaart van de hersenen te bestuderen. Echt bewustzijn is een dynamisch fenomeen, aangezien bidirectionele interacties, net zoals de hersengebieden die bewustzijn bewerkstelligen, onderhevig zijn aan verandering. Toekomstig onderzoek zou dus de interacties in levende hersenen moeten bestuderen.