Is het menselijk brein, met al zijn probleemoplossend vermogen en creatief vermogen, krachtig genoeg om zichzelf te begrijpen? Niets in het bekende universum (met uitzondering van het universum zelf) is complexer; de hersenen bevatten ongeveer 100 miljard zenuwcellen, of neuronen, die elk kunnen communiceren met duizenden andere hersencellen.
Van dit verhaal
[×] SLUITEN
VIDEO: Brain Tricks - Zo werken je hersenen
gerelateerde inhoud
- Hersencellen voor socialiseren
- Leugens detecteren
Omdat we primaten in de eerste plaats visuele wezens zijn, is de beste manier voor ons om het brein te begrijpen misschien het duidelijk te zien . Dat is al 125 jaar het doel, sinds de Spaanse wetenschapper Santiago Ramón y Cajal een vlek begon te gebruiken die individuele neuronen markeerde. Hij tuurde door een microscoop naar de gekleurde cellen en de takachtige projecties waarmee ze zich verbonden met andere neuronen. "Hier was alles eenvoudig, duidelijk en niet verward", schreef hij over zijn observaties, het begin van de moderne neurowetenschap.
Wetenschappers hebben sindsdien methoden bedacht voor het bepalen van de specifieke taken waarin verschillende hersengebieden zich specialiseren - bijvoorbeeld, sommige neuronen, gewijd aan het verwerken van het gezichtsvermogen, detecteren alleen horizontale lijnen, terwijl anderen gevaar detecteren of spraak produceren. Onderzoekers hebben kaarten gemaakt die afbakenen hoe hersengebieden die niet aan elkaar grenzen, zijn verbonden door lange delen van cellulaire projecties die axonen worden genoemd. De nieuwste microscooptechnieken onthullen dat neuronen van vorm veranderen als reactie op ervaring - mogelijk een geheugen opnemen. Het vermogen om de hersenen in een nieuw licht te zien, heeft de afgelopen decennia geleid tot een schat aan inzichten.
Nu worden de uitstapjes van wetenschappers in dit universum anders gebruikt - als kunstobjecten. Carl Schoonover, een neurowetenschapper in opleiding aan de Columbia University, heeft intrigerende beelden van de hersenen verzameld voor een nieuw boek, Portraits of the Mind (Abrams). "Het zijn echte gegevens, geen uitvoeringen van kunstenaars", zegt hij. “Dit is waar neurowetenschappers naar kijken in hun microscopen, MRI-machines of elektrofysiologische systemen. Neurowetenschap bestaat vanwege deze technieken. "
Door een gen van fluorescerende kwallen te lenen en in het DNA van wormen of muizen in het laboratorium te steken, hebben wetenschappers neuronen laten gloeien. De kleuringstechniek van Cajal werkte alleen op postmortemweefsel en het markeerde willekeurig neuronen, maar de nieuwe kleurstoffen hebben wetenschappers in staat gesteld om "neuronen in levende dieren en weefsels te bestuderen", merkt Joshua Sanes van Harvard University op in een essay in het boek.
Een van de nieuwste methoden is gebaseerd op een gen dat algen gevoelig maakt voor licht. Licht werpen op neuronen die het gen bevatten, kan hun gedrag veranderen. "De vooruitgang stelt ons in staat om de activiteiten van individuele cellen en celtypen te manipuleren met behulp van lichtstralen", schrijft Terrence Sejnowski van het Salk Institute for Biological Studies.
Het brein blijft mysterieus, maar de patronen in deze beelden - rijke kransen van neurale verbindingen, onverwachte symmetrieën en lagen van structuur - moedigen wetenschappers aan te geloven dat ze het nog zullen ontcijferen. Op zijn beurt hoopt Schoonover "de lezer te laten denken dat het de moeite waard is om erachter te komen wat de afbeeldingen zijn en waarom ze zo mooi zijn."
Laura Helmuth is een hoofdredacteur voor Smithsonian .
Foto's komen uit Portrait of the Mind: Visualizing the Brain from Antiquity to the 21st Century van Carl Schoonover, uitgegeven door Abrams.
De rijk gelaagde hippocampus is waar herinneringen worden gemaakt. De drie hoofdcomponenten van de hippocampus in dit muizenbrein zijn van letters voorzien. (Tamily Weissman, Jeff Lichtman en Joshua Sanes (2005) / Abrams Books) 
Onder de juiste omstandigheden ontstaan patronen uit de monumentale complexiteit van de hersenen. Een van de nieuwste toepassingen van magnetische resonantiebeeldvorming volgt de stroming van water in cellen en onthult neurale kanalen die verbindingen over lange afstanden in de hersenen maken. In dit beeld van een brein gaan blauwe banen tussen de boven- en onderkant, rood tussen rechts en links en groen tussen voor en achter. (Patric Hagmann (2006) / Abrams Books) 
Beeldvorming van de hersenen is geëvolueerd van grove anatomie naar complexe circuits. In dit eerste bekende neurowetenschappelijke diagram, door Ibn al-Haytham, circa 1027, worden de ogen en oogzenuwen geïllustreerd. (Ibn al-Haytham (circa 1027) / Courtesy of the Süleymaniye Library, Istanbul / Abrams Books) 
Santiago Ramón y Cajal's tekening uit 1914 van een mollig neuronenlichaam verstrengeld door ranken van andere neuronen. (Santiago Ramón y Cajal (1914) / Courtesy of Dr. Juan A. de Carlos, Cajal Legacy, Instituto Cajal (CSIC) / Abrams Books) 
De vorm die een neuron aanneemt, wordt bepaald door zijn functie, net zoals de manier waarop een groep neuronen is georganiseerd. Hier worden heldere langwerpige clusters getoond in een deel van de hersenen van de muis dat gevoelig is voor aanraking; elk verwerkt neurale signalen van een andere snorhaar. (Lasani Wijetunge en Peter Kind, 2008 / Abrams Books) 
Het voeden van al deze hersenactiviteit, en de basis voor sommige beeldvormingstechnieken, is een dicht netwerk van delicate bloedvaten. (Alfonso Rodríguez-Baeza en Marisa Ortega-Sánchez (2009) / Abrams Books) 
Dit is geen abstracte kunst - het is een weergave van neurale activiteit in de hersenen van een aap. Dit deel van de hersenen, de visuele cortex genoemd, is een van de eerste delen van de hersenen die informatie van de ogen ontvangt. De visuele cortex is afgestemd op eenvoudige vormen, zoals rechte lijnen. De aap kreeg lijnen in verschillende oriëntaties te zien, en de verschillende kleuren vertegenwoordigen stukjes cortex die vooral geïnteresseerd zijn in een bepaald type lijn. Neuronclusters die bijvoorbeeld groen zijn gemarkeerd, zijn actief wanneer de aap een verticale lijn ziet; gele neuronenclusters zijn afgestemd op horizontale lijnen. (Met dank aan Yevgeniy B. Sirotin) 
Wanneer de hersenen goed werken, worden de verschillende delen met elkaar verbonden door lange vezels die axonen worden genoemd (zie foto 2). Maar wanneer de hersenen beschadigd zijn (zoals in dit beeld van een patiënt die een beroerte heeft gehad in een deel van de hersenen dat de thalamus wordt genoemd), worden de verbindingen verbroken. (Met dank aan Henning U. Voss) 
Neuronen communiceren met elkaar door chemicaliën, zoals dopamine, vrij te maken uit zakjes die blaasjes worden genoemd. De blaasjes, hier gezien in een fibroblastcel, hebben een geodetische buitenlaag die uiteindelijk door de zijkant van de cel springt en zijn chemische boodschap afgeeft om te worden gedetecteerd door de buren van de cel. (Afbeelding geproduceerd door John Heuser, MD) 
Onze cellen zijn omgeven door een stelling van eiwitten die de vorm van een cel behouden. Onder een elektronenmicroscoop zien eiwitvezels, actinefilamenten, eruit als gevlochten touwen. (Afbeelding geproduceerd door John Heuser, MD) 
De hippocampus is de zetel van het geheugen. Als het beschadigd is, kun je dingen onthouden die lang vóór de blessure zijn gebeurd, maar je kunt geen nieuwe herinneringen maken. (Met dank aan Thomas Deerinck en Mark Ellisman) 
Dank het cerebellum - de ingewikkelde weefselkwab aan de achterkant en onderkant van de hersenen - voor je vermogen om te dansen of fietsen. Het draait allemaal om motorische coördinatie. In deze gekleurde plak cerebellair weefsel zijn de steuncellen genaamd glia blauw en de cellen genaamd Purkinje-neuronen zijn groen. Purkinje-neuronen zijn enkele van de grootste neuronen in de hersenen en hebben uitgebreide vertakkende netwerken van projecties die dendrieten worden genoemd. (Met dank aan Thomas Deerinck en Mark Ellisman) 
Een paar jaar geleden bedachten neurowetenschappers hoe ze twee fluorescerende eiwitten die groen of rood gloeiden, konden nemen en ze in een regenboog van verschillende kleuren veranderen die in individuele neuronen kunnen worden opgenomen. Hier wordt de techniek gebruikt om cellen in het cerebellum te kleuren. Het resultaat? Een "brainbow." (De Brainbow-muis werd geproduceerd door J. Livet, TA Weissman, H. Kang, RW Draft, J. Lu, RA Bennis, JR Sanes, JW Lichtman) 
De dicht gelaagde hippocampus, die cruciaal blijkt te zijn voor het geheugen, was het onderwerp van deze 1895-tekening door Joseph Jules Dejerine. (Fotografie door Dwight Primiano, Anatomie des centres nerveux . Parijs, Rueff, 1895-1901) 
Het boek van Carl Schoonover bevat essays van enkele van 's werelds toonaangevende neurowetenschappers. (Courtesy of Abrams Books)
