...

De laatste tien jaar heeft functionele beeldvorming door magnetische kernspinresonantie (fMRI) onze kijk op het cognitieve functioneren grondig veranderd. Een gezaghebbend cognitief model van het werkgeheugen stelde bijvoorbeeld dat het werkgeheugen gekoppeld is aan specifieke opslagsystemen, net zoals het RAM-geheugen van een computer. Met de laatste technologische ontwikkelingen van fMRI wordt dat model echter ter discussie gesteld. De recent ontwikkelde multivariate technieken (1), multivariate voxel pattern analysis (MVPA) genoemd, analyseren niet alleen welke voxels (2) worden geactiveerd, maar ook de configuraties van gelijktijdige activering van een geheel van voxels. Nu technieken van artificiële intelligentie zoals machine learning (automatisch leren) worden toegepast op de multivariate hersensignalen, kunnen we beter omschrijven wat sommige vormen van hersenactivering op cognitief vlak betekenen.Met de klassieke univariate fMRI- technieken kan geen onderscheid worden gemaakt tussen hersenzones die specifieke woorden verwerken. Als verschillende woorden worden voorgesteld aan een proefpersoon, zullen ze allemaal wel voxels in een bepaald frontotemporaal taalnetwerk activeren. "Met MVPA wordt het echter mogelijk de activeringsconfiguraties te bepalen die individuele woorden karakteriseren, en kan directer worden nagegaan welk cognitief gegeven de proefpersoon aan het verwerken is", duidt prof. Steve Majerus, hoofd van de onderzoekseenheid Psychologie en Cognitieve Neurowetenschappen van de Universiteit van Luik. Onderzoekers hebben deze gevoelige techniek toegepast op het werkgeheugen. Terwijl sensorische zones bij univariate analyse weinig of geen toegenomen activiteit vertonen tijdens een taak waarin het werkgeheugen meespeelt, hebben ze kunnen aantonen dat multivariate analyse toegang geeft tot de specifieke kenmerken van de stimuli die een proefpersoon in zijn werkgeheugen onderbrengt.Ook van een ander concept is brandhout gemaakt. Volgens het klassieke model van het werkgeheugen zouden de pariëtale zones tijdelijk een specifiek opslagsysteem van het type geheugenbuffer huisvesten. Het is evenwel bewezen dat de kenmerken van de stimuli die in het geheugen worden gehouden (links-rechtsoriëntatie of kleur van een visuele stimulus), niet kunnen worden ontcijferd op grond van de configuratie van activering van voxels in de pariëtale zones. Doorgaans beschouwen we het werkgeheugen als een bijzonder soort buffergeheugen. De hoger beschreven bevindingen zetten die zienswijze echter op de helling. Ze pleiten veeleer voor andere modellen. Het werkgeheugen moet worden beschouwd als een zeer interactieve cognitieve functie, die de activering in de sensorische zones van de hersenen, waar de te onthouden informatie wordt weergegeven, synchroniseert met de activering die plaatsvindt in zones die veeleer te maken hebben met het controleren van de aandacht en executieve controle. Die nieuwe inzichten vloeien vooral voort uit studies die de tijdelijke opslag van visuele informatie hebben onderzocht. Maar recente studies van de groep van Steve Majerus toonden aan dat dezelfde mechanismen ook bij de tijdelijke opslag van verbale informatie aan het werk zijn. Daarbij decoderen de temporale zones die betrokken zijn bij het verwerken van de taal, het type verbale stimuli (woorden versus pseudowoorden) (3) die een proefpersoon probeert te onthouden. De grote troef van fMRI is dat ze het mogelijk maakt theoretische modellen af te toetsen aan de activeringspatronen die worden waargenomen in de hersenen. Op die manier kunnen bepaalde modellen worden gevalideerd en andere ontkracht. "Dat is de reële epistemologische kracht van de fMRI-technieken", stelt Steve Majerus. "En dat komt nog duidelijker tot uiting met de nieuwe technieken van multivariate analyse, waarmee niet alleen het globale hersensubstraat van een cognitieve functie kan worden geanalyseerd, maar ook de cerebrale correlaten van de processen die daarbij meespelen." In de VS werden nieuwe leugendetectoren ontwikkeld die gebaseerd zijn op fMRI. Wat is het rationale daarvan? Als iemand iets verzint, is er meer activiteit in bepaalde zones van de prefrontale cortex dan als hij direct een herinnering oproept. Dat veronderstelt evenwel dat de persoon gemakkelijk toegang heeft tot die herinnering, want als dat niet zo is - als hij een intense inspanning moet leveren om zich de gegevens weer voor de geest te halen - zouden weleens dezelfde zones kunnen worden geactiveerd als bij het verzinnen van een verhaal."Louter het feit zich iets te herinneren door het episodische geheugen aan te spreken (4), is al een reconstructie van het verleden", zegt prof. Majerus. "Het lijkt me dan ook erg gevaarlijk om op grond van de activering van hersenzones te concluderen of iemand een echte herinnering ophaalt dan wel een verhaaltje verzint." En hij voegt er nog aan toe dat het helemaal geen zin heeft te gaan zoeken naar een zone in de hersenen die specifiek actief is bij leugens, zoals men ook lang heeft gezocht naar het zogeheten 'misdaadgen'. Bovendien is fMRI in de praktijk gebaseerd op groepsonderzoeken, waarbij gebruik wordt gemaakt van het statistisch gemiddelde of, juister, een gemeenschappelijke noemer. Die onderzoeken houden dus geen rekening met interindividuele verschillen, die er nochtans wel degelijk zijn bij het uitvoeren van bepaalde taken aangezien mensen soms 'onconventionele' strategieën gebruiken om ze uit te voeren. Toekomstige studies moeten proberen een beter inzicht te krijgen in die interindividuele verschillen en die te correleren met verschillende cognitieve 'stijlen'. Zo kan een brug worden gebouwd tussen de differentiële psychologie en de technieken die in de cognitieve neurowetenschappen worden gebruikt. Men zou het gebruik van 'onconventionele' strategieën kunnen interpreteren als een biologische compensatie: de persoon zoekt een alternatief voor deficiënt werkende hersenzones die klassiek worden gebruikt om een gegeven taak tot een goed einde te brengen. "Dat fenomeen is goed bekend bij ouderen", zegt Steve Majerus. De laatste jaren is de statistische complexiteit van fMRI-technieken spectaculair gestegen. Daardoor kunnen we nu variaties van het hersensignaal analyseren die almaar dichter de complexiteit van het cognitieve functioneren benaderen. Ook de ruimtelijke resolutie van fMRI is sterk verbeterd. Met scanners met een zeer sterk magnetisch veld (7 Tesla) (5) kunnen we nu de hersenactiviteit in beeld brengen voor verschillende niveaus van corticale diepte in een gegeven zone van de hersenen. Zo'n scanner heeft een ruimtelijke resolutie van minder dan een millimeter. Bij een klassieke fMRI is dat 2-3 mm. Betekent dat nu dat vorsers meteen de gedachten van iemand kunnen aflezen met fMRI? Het antwoord op die vraag is duidelijk neen. We kunnen nu wel het type stimulus ontcijferen dat iemand aan het verwerken is, maar die ontcijfering is nog heel beperkt. De representaties die kunnen worden onderscheiden, zijn nog vrij ruw en hangen af van het statistische model en de gekozen stimuli."Je kan niet zomaar louter op grond van een map van cerebrale activering de precieze inhoud van de gedachten van iemand aflezen. Zelfs als we zouden kunnen voorspellen welke representaties hij aan het activeren is, dan nog zouden het probabilistische voorspellingen zijn, die geen rekening houden met de hele subjectieve beleving die daarmee samenhangt", concludeert Steve Majerus. (1) Bij univariate fRMI-technieken worden de voxels één voor één geanalyseerd. Daarmee kunnen verschillen tussen toestanden of groepen van mensen in kaart worden gebracht. Bij multivariate technieken (analyse van een geheel van voxels) kan een cognitieve, perceptuele toestand, een gedrag of een medische toestand worden gecorreleerd met een specifieke distributie van de activiteit van de voxels. (2 Punten van activering in de driedimensionale ruimte. (3) Termen zonder betekenis zoals "pog". (4 Het episodische geheugen zorgt voor de opslag en de bewustwording van persoonlijk beleefde episoden. Het episodische geheugen is het substraat van de individuele geschiedenis van een persoon. (5) Onlangs werd een 7 TESLA MRI-scan geïnstalleerd in het GIGA CRC - in vivo imaging van de Universiteit van Luik.