Wat wil het brein?

We dénken wel dat we een vrije wil hebben, maar wéten doen we het niet. Want denken doen we met ons brein en dat is een verzameling zenuwcellen waarvan we nog zo goed als niets weten. Op het Nederlands Instituut voor Hersenonderzoek worden hersens gelicht, geprepareerd en onder het vergrootglas gelegd. De vrije wil is er nog niet gevonden.

Wat is er vrijer dan uw besluit dit stuk nu te gaan lezen? Niets, zo lijkt het. Toch is dat nog maar de vraag. Want de basis van die beslissing ligt in uw hersenen, het orgaan dat gedachten en emoties 'produceert'. En daar beginnen onmiddellijk de problemen. Hoe kan een orgaan, dat is opgebouwd uit materie, 'vrij' zijn? We twijfelen niet aan het bestaan van de vrije wil, maar binnen het hersenonderzoek is het een groot probleem, zo blijkt bij een vrijwillig bezoek aan het Nederlands Instituut voor Hersenonderzoek (NIH).

'Zullen wij ons brein ooit met ons eigen brein kunnen begrijpen?' Michel Hofman werkt al meer dan twintig jaar bij het Herseninstituut, tegenwoordig gevestigd in een modern kantoorgebouw achter het Amsterdams Medisch Centrum. 'Ik betwijfel het', antwoordt hij op zijn eigen vraag. Hofman doet theoretisch onderzoek op vele vlakken. Naar de evolutie van de menselijke hersenen, naar de biologische klok en de verschillen tussen hersenen van mannen en vrouwen. Maar kennis over het brein blijkt nederig te maken, simpele analyses bestaan niet.

Amper anderhalve kilo weegt het menselijk brein, maar met 100 miljard zenuwcellen en een veelvoud aan verbindingen tussen die cellen geldt het veruit als het meest complexe fenomeen dat wetenschappers bestuderen. Die complexiteit is niet altijd even aangenaam voor een hersenonderzoeker. Hofman noemt het zelfs 'pijnlijk'. 'Als je 's morgens naar je werk gaat, moet je je als het ware telkens weer moed inspreken, want het is volkomen onwaarschijnlijk dat de grote problemen waaraan je werkt tijdens je leven nog zullen worden opgehelderd. Deelproblemen kunnen natuurlijk worden opgelost en dat houdt de wetenschapper op de been. Maar een mens kan in zijn éne leven eenvoudig niet álle vormen van complexiteit begrijpen. En dat is uiteindelijk wel nodig bij het brein.'

Filosofische discussies spelen geen grote rol in het leven op het Herseninstituut, dat geregeld baanbrekende artikelen publiceert in tijdschriften als Science en Nature. De basis van het instituut is anatomisch onderzoek van het brein, de specialiteit van C.U. Ariëns Kappers, directeur van 1909 tot 1946. Vitrines in de gangen getuigen nog altijd van zijn verzameldrift: poemahersenen - verrassend klein - liggen er gebroederlijk naast een chimpanseebrein en geprepareerde mensenhersenen. Die anatomische traditie wordt voortgezet met de in 1986 opgerichte Hersenbank, waarin hersenmateriaal wordt verzameld ten behoeve van onderzoek. Trots toont dr. Rivka Ravid, coördinator van de Hersenbank, de negen diepvriezers waarin het zorgvuldig uitgesneden en gecatalogiseerde materiaal bij min 80 graden Celsius ligt opgeborgen. '2200 mensen hebben we nu in de vriezer. De helft van de hersenen gaat in de formaline, de andere helft wordt bevroren.'

De collectie bevat nauwelijks hersenen van kinderen en neonaten. 'Kindermateriaal, daar houd ik niet van als moeder van twee dochters', zegt Ravid. 'Zo zit dat.' Die beslissing mag willekeurig en persoonlijk lijken, ze blijkt wel goed voor de sfeer bij de Hersenbank. De analist Michiel Kooreman, die wekelijks vaak meerdere malen assisteert bij obducties, is er erg blij mee. 'Als je te maken hebt met een dood mens die gestorven is van ouderdom, dan kun je daar vrede mee hebben. Hoe jonger de donor, hoe moeilijker dat wordt.'

Ravid laat een stukje hypothalamus in een plastic zakje zien. Het is rood. 'Iedereen denkt dat hersenen grijs zijn, maar dat komt door de formaline. In werkelijkheid zijn ze rood. Van het bloed.' Al het materiaal wordt een half jaar bewaard, om de uitslag van neuropathologisch onderzoek af te wachten. 'Dan kun je zien of de persoon Creutzfeldt-Jakob had, of een andere gevaarlijke ziekte.' Twee jaar na de obductie is het meeste weggestuurd, naar onderzoekers in Nederland en daar-buiten. Het materiaal van de Nederlandse Hersenbank is populair bij wetenschappers, omdat het snel wordt uitgenomen - vaak binnen vier uur na overlijden. Ook krijgen de onderzoekers precies wat ze nodig hebben: het 'versnijden' van het hersenmateriaal wordt bepaald door de onderzoeksaanvragen. Een ander groot voordeel is dat de Hersenbank sinds twee jaar ook de medische dossiers van de overledene bij het materiaal kan leveren, cruciaal voor onderzoek naar Alzheimer, Parkinson en andere hersenziekten.

Filosoferen over de hersenpan mag op het instituut niet populair zijn, Ravid houdt er wel van. Ze is geboren in Polen, opgegroeid en opgeleid in Israël, en werkt sinds 1985 op het Herseninstituut. 'Laatst nog had ik een discussie met de patholoog van het vu-Zie-kenhuis die meewerkt aan onze obducties', vertelt ze op haar kamer op het instituut. 'Wanneer weten kinderen nu eigenlijk dat ze denken met hun hoofd? Die lokalisatie moet toch een keer ontstaan. En wat vinden kinderen daarvóór?'

De obducties, waarbij de schedel wordt geopend en het brein er in één keer wordt uitgehaald, geven ook aanleiding tot overpeinzingen. 'Je hebt toch het gevoel dat je de zetel van de ziel in je handen hebt. En soms is het brein nog warm, zo snel kan het gebeuren als een donor afkomstig is uit Amsterdam. Dan denk ik: Is dat nou alles? Alle dromen en verdriet, zat dat allemaal in dit orgaan?'

Aan de muur van Ravids kamer hangt een tiental grote foto's van haarzelf, naast een enorme waterval, een Amerikaanse reuzenboom, een grote rots, een enorm Boeddhabeeld. 'Laatst zag ik die prachtige korte film De zee die denkt, van Bert de Graaff, waarin de zee denkt dat ze een boom is. Daarin wordt aan allerlei mensen gevraagd: 'Wat bent u?' 'Verkoopster.' 'Nee, dat dóét u. Wat bént u?' Zo wordt volkomen duidelijk dat we niet weten wát we zijn. We kunnen wel een beeld hebben van onze plaats in de maatschappij, maar wat we echt van binnen zijn, daar staan we niet vaak bij stil! Ik denk dat onze persoonlijkheid niet uitsluitend uit zenuwcellen is opgebouwd, de ziel is duidelijk iets meer. Maar bewijzen kan ik het niet. De meesten op het instituut denken er waarschijnlijk anders over.'

De kracht van het Herseninstituut is en blijft de moleculaire anatomie, vertelt prof. dr. Dick Swaab, directeur sinds 1975. Hij verwierf in 1989 landelijke faam door zijn onderzoek naar hersenkenmerken van homoseksuele mannen: hun biologische klok blijkt er anders uit te zien dan die van heteroseksuelen. Tot Swaabs verbazing bleken Nederlandse homo-organisaties helemaal niet blij met zijn ontdekking. 'Homoseksualiteit werd hier door sommigen gezien als een persoonlijke keuze. Maar mijn ontdekking suggereerde dat de geaardheid biologisch vastgelegd is tijdens de vroege ontwikkeling. Gek genoeg waren homo's in de vs een jaar later juist heel blij toen een collega iets vergelijkbaars ontdekte. Zij beschouwden zo'n biologisch kenmerk als ondersteuning voor hun strijd voor erkenning als minderheid.'

Hersenonderzoek omvat eigenlijk zo goed als alles, zegt Swaab. 'Alles wat we doen en voelen heeft te maken met ons brein en de ontwikkeling van dat brein. Alle aspecten van sociologie en geneeskunde kun je aanpakken in het hersenonderzoek. Maar we hebben hier maar 10 miljoen gulden per jaar te besteden. Dan ga ik liever de diepte in.' En dus is het instituut verdeeld in vijf gespecialiseerde onderzoeksgroepen. Twee voor de hypothalamus - een klein orgaantje onderin de hersenen dat primaire, autonome lichaamsfuncties regelt als temperatuurregeling, de waterbalans en de hormoonhuishouding. Een derde groep onderzoekt de prefrontale cortex - het voorste gedeelte van de hersenschors dat verantwoordelijk is voor hogere geestelijke functies als planning en verbeelding. Een vierde is gespecialiseerd in de mechanismen van de samenwerking tussen zenuwcellen en een vijfde houdt zich bezig met neurogeneratie: hoe kunnen beschadigde zenuwbanen worden hersteld? Binnenkort wordt waarschijnlijk een aparte groep voor Alzheimeronderzoek opgericht. Met ruim dertig vaste onderzoekers en minstens eens zoveel tijdelijke onderzoekers en promovendi is het nih een van de grotere Nederlandse onderzoeksinstituten.

De meeste mensen houden zich bij hun moleculen en erlenmeyer (destilleerkolf). Bewustzijn? 'Dat zien we niet hoor, als we in onze coupes kijken', parafraseert Hofman de doorsnee-houding op zijn instituut. Hij zegt het met enige spijt in zijn stem. 'Die houding is het gevolg van de arbeidsverdeling in de wetenschap.' Een enkeling houdt zich wel met de bredere context van het breinonderzoek bezig. Swaab bijvoorbeeld geeft geregeld lezingen waarin hij uitlegt dat de geest uitsluitend het product is van de werking van hersencellen en dat daarom zaken als vrije wil en religie op een misverstand berusten.

Ons bewustzijn, legt Swaab uit, heeft helemaal geen vrije wil. Sterker nog: het loopt achter de feiten aan. Als personen hun vinger bewegen, zo blijkt uit proeven, wordt eerst het motorisch centrum in de hersenen actief. Pas daarna wordt de proefpersoon zich ervan bewust. 'Je denkt dat je je vinger bewust hebt bewogen, maar in werkelijkheid is de beslissing genomen door het motorisch centrum. Het bewustzijn komt pas een paar honderd milliseconden later. Wie neemt dan de beslissing?' vraagt Swaab. Ook uit andere testen komt die uitslag: ons bewustzijn loopt achter de feiten aan. Het brein neemt de beslissing. 'Wij mensen zijn dus een heel complexe machine, inderdaad, maar wat geeft dat? Het is bijvoorbeeld een misverstand dat je niet uniek zou zijn zonder zelfstandig handelend bewustzijn. Dat is natuurlijk onzin. Zelfs eeneiige tweelingen, die precies hetzelfde erfelijk materiaal hebben en vaak in een vrijwel identieke omgeving opgroeien, zijn toch behoorlijk verschillend, alleen al als je de structuur van de hersenen bekijkt. Ze handelen ook anders.'

Swaab ging eens met een collega naar het Metropolitan Museum in New York. 'We vroegen ons toen af: zijn we hier nu uit vrije wil of niet? Dat bezoek komt toch voort uit een opvoeding in liefde voor kunst, van jongs af aan? Lopend door de zalen kwamen we tot de conclusie dat dat er eigenlijk helemaal niet toe doet. Er zijn zoveel factoren die de structuur en de beslissingen van een brein bepalen! Als je de hersenen in al zijn facetten kent, kun je in principe voorspellen wat er uitkomt. Er is geen enkele reden om te veronderstellen dat we dingen uit vrije wil doen. Je bent je hooguit achteraf bewust van de berekeningen die in je brein gemaakt worden. Men denkt vaak dat het idee van een vrije wil op zijn minst noodzakelijk is om recht te kunnen spreken. Mag je iemand veroordelen die agressief is omdat zijn moeder tijdens de zwangerschap zwaar heeft gerookt? Ik denk het wel, want die straf wordt wel degelijk meegewogen in de volgende beslissingen van het brein. Straf heeft alleen meer met conditionering dan met moreel bewustzijn te maken.'

Het is maar een onbevredigende gedachte. Dient dat mooie menselijke zelfbewustzijn dan eigenlijk nergens toe? Maar tijdens een broodje in de kantine van het instituut zegt Swaab opeens: 'Er is toch één manier waarop ons bewustzijn invloed op onze beslissingen heeft. Het bewustzijn komt ná de beslissing om iets te doen, maar dat bewustzijn kan wel invloed hebben op de volgende beslissing die wordt genomen. Daarom heeft het ook zin om mensen te bestraffen. Voor de volgende keer.'

Wie goed zoekt, vindt ook andere filosofische stromingen op het instituut. Dr. Herms Romijn bijvoorbeeld, gerespecteerd onderzoeker van eiwitten in de hypothalamus. Hij publiceerde een paar jaar geleden een uitvoerige en originele beschouwing over de oorsprong van het menselijk bewustzijn. Op het instituut werd dat stuk nauwelijks besproken. Het is iets dat Romijn in zijn vrije tijd doet, redeneren de meesten.

De theorie van Romijn is dan ook ongewoon genoeg. Volgens hem ligt de oorsprong van het bewustzijn niet in de elektrische en chemische activiteit van het brein, zoals Swaab meent, maar op een veel dieper niveau. In een bijna spinozistisch betoog zet Romijn uiteen dat het materiële aspect van het brein iets fundamenteel anders is dan het psychische leven van de mens. Maar beide verschijnselen, materie en geest, zijn volgens hem wél gelijkwaardige symptomen van één en dezelfde zelforganiserende energie die weer geworteld is in een dieper niveau van de werkelijkheid. Herinneringen worden bijvoorbeeld volgens Romijn niet in zenuwnetwerken van de hersenen opgeslagen maar op dat diepere niveau. En in feite voltrekt zich het hele onbewuste zielenleven op een dieper niveau, waarbij de hersenactiviteit dus géén rol speelt. Verschijnselen zoals de bijna-doodervaring doen vermoeden dat er een vorm van bewustzijn zonder hersenactiviteit kan bestaan, zo meent Romijn. Hersenactiviteit is wel nodig voor de dagelijkse, bewuste en onbewuste interactie met onze omgeving via onze zintuigen en spieren.

Herstellend van een ernstige ziekte vindt Romijn tijd voor een korte toelichting van zijn ideeën. 'Niemand weet hoe het zit. De geest is privé, en objectief moeilijk te onderzoeken. Maar ik probeer dat wel. Door logisch te redeneren op basis van de beschikbare harde wetenschappelijke informatie bouw ik dan mijn betoog op. En ik krijg er leuke reacties op, hoor, ook wel van een paar mensen op het Herseninstituut.

'Het valt me op dat natuurkundigen wél regelmatig sterk speculeren in vooraanstaande bladen, maar neurobiologen zijn conservatief, die doen dat vrijwel nooit. Ik heb twee lijnen van onderzoek: overdag doe ik mijn labwerk en in de avonduren en de weekeinden denk ik diep na over het bewustzijn en het geheugen. Dat bevalt me goed. Het scherpe wetenschappelijk formuleren overdag en 's avonds het perspectief en het creatieve denken. Dat helpt me om in mijn labwerk vrijer te denken en om 's avonds tijdens het filosoferen met beide benen op de grond te blijven staan.

'Het uitgangspunt voor mijn ideeën was dat de enorme hoeveelheid informatie die het menselijk geheugen kan bevatten niet allemaal in het hoofd kan zijn opgeslagen. Als je op vakantie gaat, is je halve brein alweer veranderd! Waar blijft dat allemaal? In feite kun je het brein beschouwen als een radio die afgestemd wordt op een diepere zijnsorde.'

Toch ziet ook Romijn weinig ruimte voor een echte vrije wil. 'Onze onmiskenbare ervaring van vrije wil is een illusie. Ons gedrag is volledig reflexmatig. En je kan verdedigen dat de complete kosmische evolutie, van Big Bang tot de Big Crunch, of waar het universum ook mee moge eindigen, al besloten ligt in een diepere, submanifeste zijnsorde. Slechts een klein deel daarvan manifesteert zich op ons zijnsniveau als het voortschrijdende nu-moment. Ons bestaan is in feite slechts een schaduw van die veel grotere werkelijkheid. Echte vrije wilsdaden zijn dan onmogelijk. We kunnen niet aansturen wat wij in onze geest beleven en ervaren.'

Ook een theoretisch bioloog als Hofman gelooft niet in de vrije wil. 'Als materie alles is wat er bestaat en het brein dus uitsluitend wordt gevormd door moleculen, zenuwen en elektrische pulsen, dan is er inderdaad geen vrije wil. De natuurkundige en chemische krachten bepalen het systeem. Onze gedachten verlopen dan net zo noodwendig als biljartballen op een biljartlaken. En strikt genomen ben ik het met die visie eens. Want aan ons bewustzijn liggen alleen activiteiten van zenuwcellen ten grondslag, er is geen hogere kracht die ons drijft. Met alleen moleculen is er geen vrije wil.'

Hofman geeft toe dat dit een mechanisch wereldbeeld is, maar hij ziet geen andere mogelijkheid. 'Het probleem van deze discussie is het principe dat gedrag wel bepaald is door materie maar niet leidt tot voorspelbaar gedrag, dankzij de complexiteit van de hersenen. Strikt genomen bestaat er geen vrije wil, maar we kunnen best doen alsof.'

Toch ziet Hofman in recente wetenschappelijke ontwikkelingen nog wel een hoopvol gaatje voor de voorstanders van de vrije wil. 'Er is veel aandacht voor de theorie van de 'emerging properties'. Die houdt in dat complexe systemen nieuwe eigenschappen gaan vertonen die niet bestaan bij de samenstellende delen. Er zijn talloze voorbeelden van. Zo gaan H2O-moleculen pas typische watereigenschappen vertonen als er veel moleculen bij elkaar zijn. Er wordt nu veel over gespeculeerd of ons bewustzijn op die manier óók een eigen onafhankelijkheid zou kunnen verwerven. Ik denk dat de pendule in de wetenschap wel weer eens naar die kant zou kunnen doorslaan. De trend is nu nog dat alles in het brein genetisch en moleculair is vastgelegd, als het ware in de hardware van het brein. Er is ook ontzettend veel geld gestoken in onderzoek en opleidingen die op dat idee gebaseerd zijn. En dat zal daarom nog wel twintig jaar de hersenwetenschap blijven bepalen.'

Een van de mensen die op het instituut dit soort veelbelovend moleculair neurobiologisch onderzoek verrichten is prof. dr. Joost Verhaagen, hoofd van de werkgroep Neuroregeneration. Hij onderzoekt hoe met een combinatie van groeistimulerende stoffen, gentherapie en transplantatie van zenuwweefsel verbroken zenuwbanen weer zouden kunnen worden hersteld in het ruggenmerg en in zenuwen buiten de hersenen en het ruggenmerg.

Verhaagen is in 1994 door Swaab naar het nih gehaald om nieuw moleculair biologisch onderzoek op te zetten. Opgeleid als medisch bioloog en geoloog deed hij begin jaren tachtig als biologiestudent in de groep van criminoloog Buikhuisen in Leiden onderzoek naar een mogelijke genetische basis van crimineel gedrag. 'Ik raakte toen erg teleurgesteld over de mogelijkheden om gedrag vanuit moleculen te verklaren. Daar was het toen nog veel te vroeg voor.' En dus koos Verhaagen uiteindelijk voor fundamenteel moleculair onderzoek. 'Met het ophelderen van het menselijke genoom zie ik nu wel veel nieuwe mogelijkheden voor onderzoek naar de moleculaire basis van ons gedrag ontstaan. Omdat we nu alle genen kennen, is het mogelijk een totaalbeeld te krijgen van de moleculaire veranderingen die optreden tijdens hersenprocessen zoals leren en geheugen. Vroeger bestudeerden onderzoekers maar één stukje van de puzzel, nu kunnen we het totaal aan stukjes bekijken.'

Is Verhaagen ook aanhanger van het materialistisch wereldbeeld ('Er zijn moleculen en that's it?') 'Je ziet niet meer dan cellen en moleculen. Als onderzoeker en bioloog is het moeilijk om te zeggen dat er 'meer' is. Mijn intuïtie zegt dat er 'meer' moet zijn, maar dat is nogal vaag en daarom minder interessant. Je moet dat dan zichtbaar kunnen maken, kunnen aantonen.'

Verhaagen onderscheidt zelf minstens drie bewezen niveaus in de organisatie van het brein, en van het leven in het algemeen. Aan de basis staat het genoom, het dna dat volgens de laatste inzichten van het Human Ge-nome Project waarschijnlijk ruim 30.000 genen bevat. Het genoom bevat de informatie voor wat Verhaagen het proteoom noemt: de tienduizenden verschillende eiwitten waaruit de mens is opgebouwd. Als derde niveau is er dan het fysionoom: de interacties tussen eiwitten in individuele cellen waardoor netwerken van cellen met elkaar kunnen communiceren. 'In modern hersenonderzoek staat het ontrafelen van de moleculaire basis van deze communicatie centraal. Hierin gaat het geheim schuil van bijvoorbeeld ons geheugen en ons bewustzijn, zo denkt men. Een aanwijzing daarvoor is de waarneming dat schade aan bepaalde zenuwnetwerken in de hersenen kan leiden tot geheugenverlies.'

Van het verband tussen het eerste en tweede niveau, tussen de genen en de eiwitten, begrijpt de wetenschap nu relatief veel, zegt Verhagen. 'Maar het verband tussen het tweede en het derde niveau, tussen de eiwitten zelf en de gevolgen van al die eiwitinteracties, is nog erg ondoorzichtig. Het is nog een raadsel hoe interacties tussen eiwitten kunnen leiden tot een gedachte, tot bewustzijn of tot bepaalde emoties.' En natuurlijk, zo benadrukt Verhaagen, is naast de genen en eiwitten de omgeving waarin iemand opgroeit en leeft van grote invloed op diens hersenfuncties en daarmee op zijn of haar gedrag. Er zijn dus nog meer niveaus dan de drie waarvoor biochemisch bewijs te vinden is.

'Voorlopig hebben we onze handen vol aan het genoom en het proteoom. Ik denk wel dat we langzaam zullen ontdekken dat het reductionisme zal worden vervangen door een nieuwe vorm van holisme waarin we veel moleculaire interacties en veranderingen tegelijkertijd kunnen bestuderen in een levend organisme. Vaak zal natuurlijk het genoom bepalend zijn voor fenomenen in het proteoom, maar uiteindelijk zullen we een stapje hoger moeten zoeken, in het fysionoom én in de buitenwereld, onze omgeving. De wisselwerking tussen genoom en omgeving zal steeds zichtbaarder worden.'

En zo staan we ineens weer buiten het Herseninstituut. De vrije wil lijkt verder weg dan ooit, zolang we de moleculen in onze hersenen als basis van de geest aannemen. Wij willen niks, ons brein wil alles. En zelfs in de theorie van Romijn, waar onze geest zijn basis vindt in een 'submanifest niveau', bleek vrijheid een illusie.

Toch is het opmerkelijk dat in bijna ieder betoog wel een uitweg is te vinden. Bij Swaab kan het bewustzijn dan wel niet ons huidige handelen bepalen, maar dan toch wel de toekomstige daden. En Verhaagen maakt volkomen duidelijk dat de wetenschappelijke kennis nog slechts op de 'laagste' niveaus van ons brein enigszins betrouwbaar begint te worden. Wie we echt zijn van binnen weten we niet, zei Ravid. En zolang we dat niet weten, wat maakt dan eigenlijk de vrije wil nog uit? M

Hendrik Spiering is redacteur wetenschappen van NRC Handelsblad

André Thijssen noemt zichzelf 'beeldmaker'. Hij publiceert regelmatig in o.m. Carp, de VPRO-gids en Het Parool.

[streamliners] 'Als je 's morgens naar je werk gaat, moet je je telkens weer moed inspreken'

'Je hebt toch het gevoel dat je de zetel van de ziel in je handen hebt'

'Bewustzijn? Dat zien we niet als we in onze coupes kijken'

'Onze onmiskenbare ervaring van vrije wil is een illusie. Ons gedrag is volledig reflexmatig'

'Het is nog een raadsel hoe interacties tussen eiwitten kunnen leiden tot een gedachte'

Anatomisch preparaat, gebruikt voor onderwijs op het Herseninstituut. (Met dank aan AMC-Anatomie)