Een kijkje in het hoofd van een baby

Als een pasgeborene zijn ogen opent, openbaart zich een wereld met niets dan geheimen. Vanaf dat moment begint een reis vol ontdekkingen, een groeiend bewustzijn van zichzelf en de omgeving. In de eerste levensjaren vinden tevens drastische veranderingen plaats in de hersenstructuren. Dit gegeven heeft geleid tot een interessante theorie: als we kunnen inspelen op de perioden waarin de hersenen gevoelig zijn voor het leren van vaardigheden, kunnen we talenten dan optimaal laten ontplooien?

Neuroscience als basis van nieuwe inzichten

De laatste decennia is er grote vooruitgang geboekt in de technieken waarmee de werking van de hersenen kan worden bestudeerd. Langzaamaan komen we dichter bij de ontrafeling van het ingewikkelde samenspel van de talloze neuronen die onze gedachten en gedrag tot stand brengen. Hoewel dit onderzoek zich hoofdzakelijk richt op hersenfuncties in volwassenen en diermodellen, is er relatief recentelijk ook interesse ontstaan voor het ontwikkelingsproces van de hersenen: hoe komen al deze structuren en functies tot stand? In hoeverre zijn deze aangeboren of aangeleerd? Welke veranderingen vinden er plaats met toenemende leeftijd? Om dit soort vragen te beantwoorden, moeten wetenschappers zich richten op zeer jonge proefpersoontjes: wat gaat er zoal om in het hoofd van een baby?

Hoe kijk je in de hersenen van een baby?

De bestudering van de ontwikkeling van de hersenen brengt verscheidene beperkingen en uitdagingen met zich mee. Allereerst zijn de meeste onderzoeksmethoden ongeschikt of onverantwoord om toe te passen bij kleine kinderen, zoals een MRI scan, die een beangstigende ervaring kan vormen (vanwege de benauwende tunnel en het harde geluid) en die bovendien vereist dat de proefpersoon niet beweegt. Ook technieken die gepaard gaan met het injecteren van (radioactieve) stoffen worden niet gebruikt, tenzij dit noodzakelijk is wegens een medische indicatie (het wetenschappelijke onderzoek kan dan worden gecombineerd met het medische onderzoek). Veelal is men echter aangewezen op het observeren van gedrag en het gebruik van EEG (het meten van de elektrische activiteit die vanuit de hersenen naar de hoofdhuid geleid wordt). Als bijvoorbeeld twee groepen kinderen met elkaar vergeleken worden, waarbij de ene groep een vaardigheid reeds ontwikkeld heeft (zoals het herkennen van een verborgen visueel patroon) en de andere groep nog niet, dan kan het verschil in gemeten hersenactiviteit tijdens het uitvoeren van de betreffende taak gerelateerd zijn aan het wel of niet vergaard hebben van de vaardigheid.

Maar ook deze methoden gaan gepaard met beperkingen. Zo heeft men creatieve oplossingen moeten bedenken om het probleem te omzeilen dat je een baby geen instructies kunt geven: hoe zorg je ervoor dat ze toch een "taak" uitvoeren? Een mogelijkheid is het kijkgedrag te observeren: het patroon van kijken en de duur waarmee de ogen op een bepaald object gericht blijven, kunnen indicaties zijn voor voorkeur, habituatie (gewenning/leren) en anticipatie. Het zal echter niemand verbazen dat kleine kinderen niet de meest coöperatieve proefpersonen zijn. Bovendien blijkt veel van de EEG data vaak onbruikbaar te zijn door bewegingen van het kind. Neurowetenschappelijk onderzoek met kinderen kent dus verscheidene limitaties. Toch zijn er al interessante ontdekkingen gedaan in dit onderzoeksveld.

Bevindingen tot nu toe

Een centrale vraag in de wetenschap van neurocognitieve ontwikkeling is of een eigenschap is aangeboren of aangeleerd. Zo is de mens een sociaal wezen: we zijn "experts" in het communiceren met elkaar en het inspelen op de gevoelens van een ander, en we zijn afhankelijk van een goed sociaal leven voor ons welbevinden. Ten grondslag hiervan liggen uitzonderlijk goed ontwikkelde hersengebieden die gespecialiseerd zijn in het verwerken sociale stimuli, zoals het herkennen van gezichten en emoties. Maar worden we geboren met een "sociaal brein", of ontwikkelt dit zich als gevolg van de intensieve omgang met andere mensen?
Wetenschappelijk onderzoek heeft uitgewezen dat er een aangeboren voorkeur voor menselijke gezichten bestaat. Dit is gebleken uit een experiment (Johnson et al, 1991) waarbij twee soorten stimuli aan pasgeborenen werden getoond: "gezichtsachtige" patronen en "niet-gezichtsachtige" patronen. Gemeten werd de mate waarin de baby's de bewegende stimuli volgden met oog- en hoofdbewegingen. Het bleek dat de baby's zich meer oriënteerden naar de gezichtsachtige patronen dan naar de controle-patronen. Dit wijst erop dat pasgeborenen al een "ingebouwde" voorkeur hebben voor gezichten. De huidige theorie stelt dat deze voorkeur verzekert dat er voldoende "input" naar de hersenen is (met andere woorden, dat er vaak naar gezichten wordt gekeken), wat het mogelijk maakt dat de hersenen zich specialiseren in het verwerken van gezichten.
Een opmerkelijke bevinding is dat deze specialisering voor menselijke gezichten gepaard gaat met een vernauwing van het vermogen tot gezichtsherkenning. Pascalis et al (2002) onderzocht in hoeverre baby's in staat waren menselijke gezichten en "apengezichten" onderling te kunnen onderscheiden. Zij stelden vast dat baby's van 6 maanden oud zowel gezichten van mensen als die van apen kunnen onderscheiden, maar dat baby's van 9 maanden oud en volwassenen dit niet meer kunnen. Dit fenomeen, "perceptual narrowing" genoemd, was al eerder bekend vanuit een ander domein: de taalontwikkeling.

Verschillende wereldtalen worden onder meer gekenmerkt door verschillende "fonetische contrasten". Zo kennen Japanners niet een "r" en een "l", maar een soort tussenvorm hiervan. Wanneer zij onze taal horen, zijn zij bovendien doorgaans niet in staat om verschil te horen tussen deze consonanten. Andersom kunnen Nederlanders bijvoorbeeld bepaalde Chinese consonanten niet van elkaar onderscheiden. Dit verschijnsel wordt "native language neural commitment" (NLNC) genoemd: je hersenen specialiseren zich in je moedertaal. Tegelijkertijd - zoals we ook al in het voorbeeld van gezichtsonderscheiding zagen - vermindert de gevoeligheid voor fonetische contrasten van andere talen. Met andere woorden: in eerste instantie is er een universeel vermogen om de fonetische contrasten van alle wereldtalen te kunnen onderscheiden. Aan het eind van het eerste levensjaar heeft het brein niet langer deze universele capaciteit, maar is het specifiek ingesteld op het aanleren van de talen waaraan het is blootgesteld.
Dit gegeven is aangetoond met zowel gedragsonderzoek als EEG metingen. In het geval van gedragsobservatie kan het vermogen tot het opmerken van verschil tussen fonetische contrasten worden onderzocht met habituatiemethoden: als een baby een verschil bemerkt, zal de nieuwigheid zijn aandacht prikkelen. Bij EEG onderzoek wordt gebruik gemaakt van de zogenoemde "mismatch negativity" (MMN) respons, een verschil in elektrische hersenactiviteit dat ontstaat als een fonetische stimulus als afwijkend wordt waargenomen. Bij baby's van 7,5 maanden oud kon de NLNC worden aangetoond als een verminderde MMN voor andere talen, vergeleken met de moedertaal (Kuhl et al, 2008). Een belangrijke bevinding van dit onderzoek was dat een beter onderscheidingsvermogen voor fonetische contrasten van de moedertaal geassocieerd was met betere taalvaardigheden op latere leeftijd (productie van woorden en complexiteit van zinnen op een leeftijd van 24 maanden). Het tegenovergestelde bleek te gelden voor andere talen: baby's van 7,5 maanden oud die goed zijn in het onderscheiden van fonetische contrasten van een andere taal, scoren slechter bij de taaltesten als ze 24 maanden oud zijn. Dit geeft aan dat de specialisatie van de hersenen voor de moedertaal, en de bijbehorende beperking, noodzakelijk is voor een goede taalontwikkeling.

Dit zijn slechts twee voorbeelden van wat er zoal onderzocht wordt in het gebied van de neurocognitieve ontwikkeling. Voor wie geïnteresseerd is in een overzicht van de bevindingen in diverse takken van dit wetenschapsgebied, is het boek Developmental cognitive neuroscience van M.H. Johnson een aanrader.

Valkuilen

Onderzoeken in het gebied van de neurocognitieve ontwikkeling is populair en bereikt meer dan eens een plekje in de meest gerenommeerde wetenschappelijke tijdschriften. Hoewel dit wetenschapsgebied nog relatief jong is, reikt de invloed al tot gebieden buiten de wetenschap. Zo nemen sommige opvoedingsdeskundigen de resultaten van dit type onderzoek als basis voor de formulering van richtlijnen, en zijn er diverse boeken te koop die voorschrijven hoe je de ontwikkeling van de hersenen van je kind optimaal kunt stimuleren. Hoewel de gedachtegang in deze richtlijnen vaak plausibel overkomt, is er nog geen wetenschappelijk bewijs om deze te ondersteunen. Een dergelijke richtlijn is slechts een interpretatie van wat de betreffende wetenschappelijke onderzoeksresultaten zouden kunnen impliceren. Echter, diezelfde onderzoeksresultaten laten ook andere interpretaties toe.
Een bekend voorbeeld is dat van "synaptic pruning". Onderzoek heeft aangetoond dat het aantal synaptische connecties (verbindingen tussen neuronen in de hersenen) toeneemt in de vroege ontwikkeling, maar later (vooral in de pubertijd) een sterke afname kent. De betekenis hiervan staat open voor verschillende interpretaties, en een populaire is de volgende: hoe meer synapsen, hoe beter, dus de afname tijdens de ontwikkeling moet zoveel mogelijk worden beperkt. Hiertoe moeten kinderen vóór de pubertijd zoveel mogelijk worden geprikkeld, zodat de synapsen behouden blijven. Op deze manier kunnen zij zoveel mogelijk talenten ontplooien. Deze redenering bestaat echter louter uit speculaties: meer synapsen betekent niet per definitie beter werkende hersenen. Een alternatieve interpretatie van de afname van het aantal synapsen is een specialisatie van hersengebieden: de synapsen beperken zich dan tot de meest effectieve set neuronen, zonder overbodige nevenactiviteit. Het moge duidelijk zijn dat deze opvoedingsdeskundigen wat op de zaken vooruit lopen: hoewel wetenschappers hebben vastgesteld dat het aantal synapsen afneemt, is het nog niet duidelijk waarom dit zo is, en al helemaal niet of dit moet beïnvloed, en hoe en wanneer dit dan zou moeten gebeuren. Het is overigens sinds jaar en dag al bekend dat het blootstellen van kinderen aan (educatieve) prikkels gunstig is voor hun ontwikkeling; het gebruiken van neurowetenschappelijke referenties verandert feitelijk niets aan de opvoedingsadviezen, behalve dat het wat interessanter klinkt... maar wetenschappelijk verantwoord is het niet.

Ook wetenschappers zelf maken zich geregeld schuldig aan speculaties over hun onderzoeksresultaten. Waargenomen afwijkingen in het sociale brein van autistische kinderen worden al gauw gepresenteerd als mogelijke "doorbraak in de begeleiding van deze kinderen". Het is echter een lange weg van een meting in de hersenen naar een (eventueel) daarop gebaseerd behandelplan (Bruer, 2002). Ook treft men vaak "rijke" interpretaties aan van de gedragsobservaties, zoals dat een baby zich zou "verbazen" over iets. Zulke uitspraken kunnen echter niet met zekerheid gedaan worden over metingen van kijkgedrag: feitelijk weet je alleen waarnaar het kind kijkt, hoe lang en mogelijk het patroon. Welke ervaringen de baby daarbij heeft, daar valt alleen maar naar te gissen. We weten niet of een baby denkt, misschien denkt een baby wel op een geheel andere wijze dan een ouder kind of volwassene. Uiteindelijk blijkt het nog erg lastig om "in het hoofd" van een baby te kijken, en stuiten we op de beperkingen van ons eigen inlevingsvermogen (Haith, 1998).

Desalniettemin is de wetenschap van de neurocognitieve ontwikkeling veelbelovend voor de toekomst. Langzaam maar zeker zullen we meer te weten komen over de ontwikkeling van de hersenen, hoe en waar het fout kan gaan, en uiteindelijk deze kennis kunnen gebruiken om diverse ontwikkelingsstoornissen beter te kunnen behandelen. Voorlopig zal het nog bij theorieën blijven, en de praktijk nog even op zich laten wachten, ongeacht wat sommige speculanten je graag willen laten geloven: deze wetenschap staat zogezegd nog in de kinderschoenen.