Connectiviteit in het brein bepalend voor leren

De kracht van het brein schuilt in neurale netwerken, zo blijkt uit het college van klinisch neuropsycholoog Jos Hendriksen. We worden geboren met zo'n 86 biljoen neuronen en bij het opgroeien ontstaan vervolgens allerlei verbindingen in onze bovenkamers. Die connectiviteit is volgens Hendriksen de kern van leren en ontwikkelen. Dat biedt kansen, zeker in het onderwijs…

Hendriksen start deze collegereeks met een inleiding in de neuroanatomie, zodat we kunnen begrijpen hoe het brein leert en hoe ontwikkeling verloopt. Zijn specialisme – leer- en ontwikkelingsstoornissen – bewaart hij voor het slotcollege van de reeks. Al komt de kwetsbaarheid van het brein toch af en toe ter sprake, want de hersenen blijken gevoeliger dan vroeger altijd werd gedacht. Van alcoholgebruik tijdens de zwangerschap tot de beroemde val van de commode: ook als er ogenschijnlijk niets blijvends aan de hand is, kunnen zulke gebeurtenissen de ontwikkeling beïnvloeden. Juist de onzichtbaarheid van beschadigingen is voor Hendriksen reden om zijn kennis te delen. Want hoe beter we snappen hoe het brein werkt, hoe groter de kans dat we – vooral in het onderwijs – omstandigheden creëren waarin leren voor iedereen mogelijk is.

Netwerk is cruciaal

Om te beginnen een interessante quizvraag: is bigger better? Bij het brein zegt de grootte weinig, stelt Hendriksen. Gemiddeld beschikken mensen over 1500 gram hersenen en die van Einstein wogen een stuk minder (1230 gram). Veel interessanter dan de omvang van het brein, is de efficiëntie van de neurale netwerken in onze hersenen. Het zijn namelijk de verbindingen die cruciaal zijn voor wat we met ons brein kunnen, daarom doet ‘witte stof' er volgens Hendriksen méér toe dan grijze cellen. Hij omschrijft het brein als een snelweg waar informatie zo snel mogelijk van A naar B getransporteerd moet worden, via een ingenieus elektrisch systeem. Is er een defect, storing of file, dan blijken de netwerken bepalend bij het vinden van een omweg. Hendriksen vergelijkt deze ‘breinbanen' beeldend met het Nederlandse ov-netwerk: hoe geïsoleerder de ligging van vervoerslijnen is en hoe minder knooppunten er zijn, hoe kwetsbaarder het systeem is bij uitval.

Alternatieve (leer)routes

Het omgekeerde is ook waar: hoe méér verbindingen en centrale knooppunten het brein heeft, hoe groter de kans dat er altijd een route naar het doel leidt. In het onderwijs is die omweg te vertalen naar alternatieve leerroutes of trucjes om bij leerstoornissen tóch bepaalde vaardigheden te ontwikkelen. Passende stimulatie vanuit de omgeving lijkt namelijk heel bepalend. De meningen van wetenschappers over het nature-nurture vraagstuk zijn verdeeld, maar volgens Hendriksen zijn aanleg en omgeving beide even belangrijk (50/50). Verbindingen in het brein ontstaan immers op basis van ervaringen, mede gestimuleerd door prikkels vanuit de omgeving. Hendriksen vat in twee korte zinnen samen hoe het brein werkt: 'Neuronen die samen vuren, worden goede buren' en 'neuronen uit sync, verliezen hun link'. En omdat één neuron weinig kan, maar een netwerk juist cruciaal is, gedijen we allemaal bij een bovenkamer met zoveel mogelijk verbindingen.

Klein maar fijn

Hoe die bovenkamer er vanbinnen uitziet, loopt Hendriksen ook langs (zie de presentatiesheets voor de structuur van het brein, de terminologie en de drie dimensies van neuroanatomie). Opvallend is de verrassende rol van de kleine hersenen. Die sturen niet alleen onze motoriek, maar coördineren ook ons denken en spelen een belangrijke rol bij het automatiseren van taalvaardigheden. Bovendien beschikt het cerebellum over maar liefst vier keer zoveel neuronen als de cerebrale cortex. De term ‘kleine hersenen' is volgens Hendriksen dan ook achterhaald. Fascinerend is het filmpje van een meisje waarbij op driejarige leeftijd de complete rechterhersenhelft werd verwijderd (door extreme epileptische aanvallen viel de linkerkant van haar lichaam voortdurend uit). Met dank aan de kleine hersenen – en de jonge leeftijd waarop de ingreep plaatsvond – kan het inmiddels negenjarige meisje prima functioneren. Haar motoriek is licht afwijkend, maar in haar ontwikkeling gaat ze gelijk op met haar leeftijdsgenoten. Al plaatst Hendriksen wel de kanttekening dat zich altijd nog effecten op de ontwikkeling kunnen openbaren.

Achteruitgang?

Als we praten over ontwikkeling, moeten we volgens Hendriksen voorzichtig zijn met de term ‘achteruitgang'. Het kan namelijk zijn dat een kind in zijn ontwikkeling stagneert, terwijl leeftijdsgenoten zich wel blijven ontwikkelen. Dan lijkt het alsof het kind achteruit gaat, terwijl het in feite op een bepaald punt blijft steken. Hendriksen legt uit dat van achteruitgang alleen sprake is als iemand – bijvoorbeeld door een tumor – bepaalde dingen niet meer kan die hij of zij voorheen wel kon. Hij benadrukt ook dat één keer kijken onvoldoende is om uitspraken te doen over de ontwikkeling van een kind. Het moment van observeren heeft immers invloed, daarom is twee keer kijken het minimum om zicht te krijgen op de ontwikkeling.

Kunst van het stoppen

Naast de hersenontwikkeling (zowel voor als na de geboorte) zijn vier kernbegrippen essentieel voor de ontwikkeling van de mens: variabiliteit, inhibitiecontrole, automatiseren en reorganiseren. Vooral variatie en inhibitie zijn cruciaal volgens de neuropsycholoog. Hij doelt daarmee op veranderlijkheid en de kunst van het stoppen. Als kinderen in de interactie met hun omgeving steeds stereotype gedrag laten zien, dan kan dat wijzen op een leer- of ontwikkelingsstoornis. Ook het niet kunnen stoppen van eenmaal ingezet gedrag is een belangrijk signaal. Het ‘volhoudertje' uit het filmpje herhaalde zonder enig succes steeds hetzelfde gedrag om zijn doel te bereiken. In plaats van te stoppen en een andere strategie te proberen – wat op basis van zijn leeftijd viel te verwachten – bleef hij tot huilens toe volharden in zijn oude gedrag. Kortom, deze jongen kon niet stoppen en dat wijst er volgens Hendriksen op dat het proces van leren en ontwikkelen is verstoord.

Snoeien is groeien

Voor de manier waarop ons brein leert, is stoppen – paradoxaal genoeg – een voorwaarde. Het gaat bij ontwikkelen namelijk niet alleen om alles wat we aan kennis en inzichten toevoegen, het gaat ook om wat onze hersenen weer loslaten. Snoeien is groeien (en vice versa). Breinverbindingen die niet meer nuttig zijn, moeten verdwijnen ten gunste van verdere ontwikkeling. Helaas gaat daar weleens wat mis, waardoor stoppen moeilijk is en bekende patronen hardnekkig blijven opduiken. Die kans is groter wanneer kennis en gedrag al van de rechterhersenhelft – die verantwoordelijk is voor het nieuwe leren – zijn doorgeschoven naar de linkerhersenhelft, waar eenmaal beheerste vaardigheden geautomatiseerd worden opgeslagen. Heel handig bij autorijden, lezen en het bedienen van onze smartphones, maar uiterst onhandig als een kind eerst blokletters heeft geleerd en later moet overschakelen naar het verbonden schrift. Bezint eer ge begint in het onderwijs, wil Hendriksen maar zeggen, zeker bij jonge kinderen.

Over het hoofd zien

Overigens is automatiseren wel een belangrijke voorwaarde voor ontwikkeling. Zonder deze functie zou het leven in onze complexe maatschappij niet te doen zijn. Doordat het brein bepaalde handelingen automatisch uitvoert, ontstaat er ruimte voor het doen en leren van nieuwe dingen. Toch zien we door die automatisering ook veel zaken over het hoofd, blijkt uit de taaloefening waarin we alle F-letters moeten tellen en een groot aantal mensen er drie stuks missen… omdat het brein automatisch alleen de ‘relevante' informatie voor ons selecteert! Vaak pakt automatiseren goed uit, maar we kunnen er dus ook last van hebben.

Reorganiseren hoort erbij

Sommige groei- en ontwikkelprocessen zijn moeilijk te begrijpen, zoals het leren van een taal. Het brein reorganiseert voortdurend, zodat nieuwe informatie steeds doeltreffender wordt verwerkt. Ook die reorganisatie is essentieel voor ontwikkeling, stelt Hendriksen, want het is een steeds efficiëntere manier van coderen om vat te krijgen op informatie uit onze omgeving. Het gaat niet alleen om méér kennis tot je nemen, maar vooral om een steeds beter systeem te ontwikkelen om kennis in te zetten. Het brein van jonge kinderen is bijvoorbeeld in staat om alle talen te leren, maar alleen de taal die ze krijgen aangeboden en veelvuldig om zich heen horen, zal zich daadwerkelijk ontwikkelen. Door reorganisatie en automatisering stemt het neurale verbindingsnetwerk zich helemaal af op de voertaal (of talen). En zo draagt alles wat we in onze omgeving leren (of missen!) bij aan de vorming van die waardevolle transportbanen in ons brein.

Breinprint

Zolang we leren, verandert het brein, omdat er nieuwe verbindingen ontstaan in onze neurale netwerken. Die plasticiteit is op jonge leeftijd sterker dan wanneer we ouder worden, maar in principe is connectiviteit een dynamisch gegeven. Wellicht brengt in de nabije toekomst het fenomeen ‘breinprint' daarbij meer inzicht. Volgens Hendriksen duurt het niet lang meer voordat wetenschappers een soort ‘vingerafdruk' van het brein kunnen maken, die de hoogste denkfuncties in kaart brengt door het tonen van de connectiviteit van de neurale netwerken. En die connectiviteit is een belangrijke voorspeller voor ontwikkeling…

Wat is wijsheid?

Intussen is te achterhalen waar kinderen in hun ontwikkeling staan door de cognitieve functies te meten. Hendriksen laat ons ter illustratie enkele oefeningen doen op het gebied van waarneming, geheugen, executieve functies, spraak-taal vaardigheden, ruimtelijk constructief functioneren en aandacht. Zo kunnen we zelf ervaren hoe lastig het is om bijvoorbeeld een dominante strategie te onderdrukken (stoppen en sturen). Bij pubers en adolescenten is de ontwikkeling van de executieve functies nog volop in ontwikkeling, ongeveer tot het 23e - 25e levensjaar. Dat verklaart waarom ze impulsief zijn en minder zelfreflectie tonen. Ga er maar aan staan in het onderwijs… want wat is wijsheid in het besef dat elke actie en reactie een effect heeft op de neurale netwerken van ontwikkelende breinen? De kernbegrippen van ontwikkeling inspireren wellicht ook bij de vorming van passend onderwijs: variabiliteit, inhibitiecontrole, automatiseren en reorganiseren!