Hoe maakt ons brein een coherent beeld wanneer we naar verschillende objecten kijken?

Wanneer we ergens naar kijken, dan worden de verschillende eigenschappen van de afbeelding in verschillende delen van ons brein verwerkt. Maar hoe maken onze hersenen hier een coherent beeld van? Een nieuwe review van Pieter Roelfsema werpt licht op twee bestaande hypothesen in het veld.

Als we onze ogen opendoen, dan zien we meteen wat er voor ons staat. De efficiëntie van ons zicht heeft zich verbluffend goed ontwikkeld tijdens de evolutie. Het gemak waarmee we onze visuele omgeving waarnemen, verhult hoe ingewikkeld ons brein eigenlijk in elkaar zit. Het beeld dat we zien wordt snel geanalyseerd door een complexe hiërarchie van hersengebieden.

Hiërarchie van ons visuele systeem

Wanneer ons visuele systeem een beeld verwerkt, dan verwerken neuronen in de hersengebieden op laag niveau basiskenmerken zoals lijnoriëntatie, diepte en kleur. Ze sturen deze informatie door naar hogere hersengebieden. Neuronen in deze gebieden coderen bijvoorbeeld voor bewegingsrichting en vorm. Daarna wordt de informatie weer doorgestuurd naar nog hogere gebieden die de objecten in een specifieke categorie kunnen plaatsen of zelfs specifieke individuen kunnen herkennen. Elk beeld doorloopt dus een weg langs een groot aantal neuronen in vele hersengebieden.

Figuur: Wanneer we naar een afbeelding kijken, dan worden de eigenschappen van een object in verschillende delen van ons brein verwerkt.

De grote vraag is hoe deze gefragmenteerde representaties in de verschillende gebieden worden gecombineerd wanneer we herkennen wat er wel een niet bij een voorwerp hoort en hoe we het onderscheiden van de omgeving. Deze review concentreert zich op dit zogenaamde ‘bindingsprobleem’. Het bindingsprobleem ligt op de loer wanneer er meerdere objecten te zien zijn. Elk van de objecten activeert een patroon van neuronen in vele hersengebieden. Maar welke kenmerken horen dan bij het ene object en welke bij de andere? Welk proces ‘lijmt’ de kenmerken aan elkaar die bij elkaar horen?

De synchronisatietheorie blijkt niet te kloppen

Pieter Roelfsema: ‘Wanneer we visuele informatie verwerken, dan kijken alle cellen maar naar een kleine uitsnede van het totaalbeeld. Je krijgt een palet van allemaal cellen die zich in eerste instantie bezig lijken te houden met kleine fragmentjes. Er is niet één cel waar deze informatie samenkomt. Eerder werd altijd gedacht dat synchronisatie van de cellen belangrijk was om het bindingsprobleem op te lossen. Er werd gedacht dat cellen die bij hetzelfde object horen, hun activiteit synchroniseren in een soort ritme. De cellen die bij een ander object horen synchroniseren dan in een ander ritme. Vele wetenschappers hebben er tijd en energie ingestoken om dat te onderzoeken, maar inmiddels weten we dat het anders zit.’

‘Het is gebleken dat je aandacht ergens op richt tijdens binding, en dat werkt eigenlijk maar voor één object tegelijkertijd. Deze cellen gaan dan niet synchroniseren, maar hun activiteit neemt toe. Je neemt meerdere objecten tegelijk waar, maar van slechts één object kun je op dat moment vaststellen welke specifieke eigenschappen daarbij horen, door je aandacht hierop te richten. Als er drie dingen op tafel liggen: een blaadje een bril en een doosje, dan ben je vaak niet actief bezig met welke eigenschappen waarbij horen, maar registreer je alleen welke voorwerpen het zijn. Maar op het moment dat je een van de dingen wilt pakken, dan richt je je aandacht op dat voorwerp en pas dan wordt het groeperen van beeldeigenschappen relevant.’

‘Het bindingsprobleem wordt dus niet opgelost door synchronisatie, maar door het verhoogd vuren van de cellen. Het komt vaak voor dat wetenschappers het nog hebben over de synchronisatietheorie terwijl we al jaren weten is dat deze onjuist is. Het nieuwe review zet het bewijs voor en tegen de twee bindingtheorieën op een rijtje om misvattingen de wereld uit te helpen.’

Bron: Neuron

Bekijk hier ook de infographic: