Niet alle wetenschappers durven zich zomaar te buigen over het bewustzijn. Cyriel Pennartz, hoogleraar Neurowetenschappen van cognitie en systemen aan de Universiteit van Amsterdam (UvA), wel. In zijn recent verschenen boek De code van het bewustzijn onderzoekt hij de samenhang tussen het brein en de geest. Hij stelt onder meer dat complexe zintuiglijke waarnemingen voorspellingen zijn die onze hersenen over het heden maken.
Veel wetenschappers vinden het bewustzijn onbenaderbaar, waarom waagt u zich er wel aan?
‘Het bewustzijn is subjectief, iedereen ervaart de werkelijkheid anders. Traditioneel gezien vinden veel wetenschappers dat je daar geen wetenschap in kunt bedrijven. Bovendien kun je nooit echt in iemands ziel kijken. Maar voor mij is het bewustzijn een van de boeiendste onderwerpen. Ik kon het eigenlijk niet laten liggen. En door het meer vanuit de exacte wetenschappen te benaderen, via hersenonderzoek en computermodellen, kun je er toch wel iets wetenschappelijks over zeggen.’
‘Optische illusies demonsteren de weeffouten van het bewustzijn’
U concludeert in uw boek dat het bewustzijn een gezonde hallucinatie is, hoe zit dat?
‘Een tricky uitspraak, want als je hallucineert, ervaar je iets wat er niet is. Het bewustzijn is echter een gezonde voorstelling van iets dat wél bestaat, maar het is geen objectieve weergave van de werkelijkheid. De hersenen proberen chocolade te maken van alle zintuigelijke prikkels die binnenkomen. Ze proberen de oorzaken van die prikkels te achterhalen. Daardoor ontstaat er een construct, een soort voorspelling van het heden, waarmee we de werkelijkheid proberen te verklaren. We weten ook van allerlei fenomenen, zoals het blauw-of-witte jurkje (jurkje waarin mensen ofwel blauw-zwarte strepen of wit-gouden strepen zien, red.) dat mensen bij blootstelling aan dezelfde prikkel echt andere dingen kunnen waarnemen.’
Dus het lijkt nu alsof ik de buitenwereld, zoals uw werkkamer in dit geval, echt buiten mijzelf ervaar, maar eigenlijk zie ik een constructie die mijn brein heeft gemaakt?
‘Ja. Maar die constructie van de werkelijkheid heeft wel voldoende overeenkomsten met de werkelijkheid, anders zou er van alles misgaan. Het bewustzijn heeft namelijk een functie: het helpt je overleven. Het bewustzijn geeft je een overzicht van de wereld en jouw positie daarin. Daarmee kun je allerlei complex gedrag gaan uitvoeren. Bovendien kúnnen we helemaal niet in direct contact staan met de buitenwereld, want er zitten altijd zintuigen tussen. Dat het lijkt alsof we de wereld om ons heen écht ervaren, is een handigheid van onze hersenen. Het zou onpraktisch zijn als we, terwijl we de tafel aanraken, ook voelen hoe er een signaal via de zintuigen naar het brein gaat. Of als we allerlei ruis, verstoorde impulsen en vertragingen zouden opmerken.’
U bespreekt een aantal optische illusies in uw boek. Wat zeggen die over het bewustzijn?
‘Optische illusies zijn onvolkomenheden in ons bewustzijn. Neem de roterende slangen van Kitaoka (ringen die om elkaar heen liggen en lijken rond te draaien, red.). Je weet dat je naar een statische afbeelding kijkt. Toch zie je echt beweging. Waarschijnlijk omdat de hersenen de kleuren blauw en geel met een andere snelheid verwerken. Je hersenen maken daardoor een verkeerde voorspelling van de werkelijkheid. Aan mijn studenten vraag ik vaak waar die draaibewegingen nu plaatsvinden. Niet op papier, dat zou je moeten kunnen meten. Ook een hersenchirurg zal geen draaiende slangen in het brein vinden. Optische illusies demonsteren de weeffouten van het bewustzijn. Niet iedereen ervaart dezelfde illusies trouwens. Maar bij mij werken die roterende slangen bijvoorbeeld extreem.’
Ook zonder optische illusie kan zo’n voorspelling wel eens fout gaan.
‘Ja, bijvoorbeeld als je verkeerd inschat waar het vliegje dat je in je ooghoek voorbij ziet komen, precies is. Nieuwe zintuigelijke prikkels maken de voorspelling vervolgens weer kloppend. Dat kan ook onbewust gebeuren.’
U ontwerpt computermodellen die deze voorspellingen ook kunnen maken, hoe werkt dat?
‘Het principe noemen we voorspellend coderen. Dat zijn modellen die bestaan uit kunstmatige neurale netwerken die zelf leren goede voorspellingen maken met behulp van deep learning (netwerken die uit verschillende lagen bestaan waardoor een ‘diep’ netwerk ontstaat, red.). Die modellen simuleren wat er in de hersenen gebeurt. Daar worden zintuigelijke prikkels ook via meerdere lagen in de cortex, de hersenschors, verwerkt. De informatie komt eerst aan in zogenoemde ‘lage’ gebieden, zoals de primaire visuele cortex (bevindt zich achterin het hoofd, red.) als het gaat om visuele prikkels, en gaat daarna door naar de ‘hogere’ gebieden, zoals een gebied dat V4 (bevindt zich iets meer naar voren, red.) heet. De hogere gebieden maken de voorspellingen op basis van de input die ze krijgen van de lagere gebieden. Tussen de verschillende lagen zitten ook neuronen die eventuele verschillen tussen de voorspelling en nieuwe zintuigelijke prikkels berekenen. Komt daar een foutmelding uit, dan kan die weer worden doorgezet naar de hogere gebieden die vervolgens hun voorspelling aanpassen. Zo leert het netwerk steeds betere voorspellingen te maken. Alle zintuigen hebben in de hersenschors zo’n netwerk en die kunnen informatie uitwisselen. Dat zie ik als noodzakelijk voor het bewustzijn.’
Kun je dat ook onderzoeken in mensen?
‘Zeker. Met het idee van voorspellend coderen kun je een boel klinische symptomen verklaren. Neem patiënten met het syndroom van Bonnet. Door slechtziendheid hebben deze patiënten last van hallucinaties. Dat komt omdat de hersenen te weinig zintuigelijke informatie krijgen en zo een verkeerde voorspelling maken. Als de patiënt vervolgens probeert een gehallucineerde vaas te pakken, en dat lukt niet, dan verdwijnt het virtuele beeld van de vaas weer. Er vindt een correctie van de voorspelling plaats. Dit voorbeeld laat meteen zien dat de verschillende zintuigen samenwerken in het bewustzijn en elkaar verifiëren. Er bestaan ook brillen die het visuele beeld dat op je netvlies valt omkeren. Als je die twee weken draagt, keert het beeld langzaam weer om, terug naar normaal. Dat komt omdat er steeds een mismatch is tussen de visuele input en de rest van de zintuiglijke prikkels. Het evenwichtsorgaan is bovendien ook heel krachtig en helpt mee met de correcties. De tussenfase is overigens heel interessant. Kaarsen bijvoorbeeld floepen al eerder terug. En valbewegingen. Waarschijnlijk omdat onder meer geheugengebieden allerlei feitenkennis richting de visuele gebieden sturen. Een vlam hoort nu eenmaal naar boven te wijzen.’
Dan nu de hamvraag: Hoe ontstaat bewustzijn uit die neurale activiteiten?
‘Het moeilijke probleem van het bewustzijn gaat over het verklaren van de kloof tussen bewustzijn en fysieke processen. Ik denk dat de oplossing zit in emergentie: het geheel is meer dan de som der delen. Eén hersencel kan geen rijke zintuigelijke waarneming veroorzaken. Twee neuronen ook niet. Eén netwerk betrokken bij één zintuig nog steeds niet. Nee, kwalitatieve eigenschappen van waarnemingen, zoals kleur, pijn en smaak, ofwel qualia, ontstaan pas als alle systemen met elkaar interacteren. En dan nog is het méér dan het simpelweg optellen van al die hersenprocessen. Dat is het idee van emergentie. Ik vergelijk het bewustzijn ook weleens met luchtverkeersveiligheid. Dat is meer dan alleen wat bouten en moertjes en afspraken tussen mensen. Toch kunnen we ons bijna niet voorstellen dat een stel actieve neuronen qualia veroorzaken. Daarom is het moeilijke probleem ook zo moeilijk. Ons inbeeldingsvermogen is niet ingesteld om zo’n grote sprong te maken. Maar uiteindelijk vind ik het niet problematisch. Bij de oerknal is het net zo. We kunnen ons alleen een explosie voorstellen ín een ruimte, terwijl ruimte nu juist is ontstaan door de oerknal.’
U noemt deze oplossing niet dualistisch en ook niet materialistisch. U heeft het over een derde weg. Maar is deze manier van denken niet toch een vorm van materialisme?
‘Als ik een pure materialist was, zou ik stellen dat het bewustzijn een neuraal proces is. En dat we het bewustzijn dus wel kunnen vergeten. Maar daar wijk ik van af. Bewustzijn, zoals het zien van kleuren, het horen van muziek, is echt iets anders dan een neuraal proces. Maar het wordt er wel door voortgebracht en dat is misschien ingewikkeld om te begrijpen. Je doet het bewustzijn tekort als je het omschrijft als een neuraal proces. De derde weg waar ik het over heb is non-reductionistisch materialisme. Het bewustzijn kun je niet reduceren tot de allerkleinste deeltjes in onze hersenen. Maar die allerkleinste deeltjes brengen samen wel iets anders voort dan de materie waar ze uit bestaan, namelijk rijke, complexe zintuigelijke ervaringen.’
We hebben het nu vooral over het bewustzijn van onze buitenwereld, maar hoe worden we ons bewust van gedachten en emoties?
‘Dan moeten we eerst definiëren wat denken is. Ik denk dat denken inbeelding is. Het gaat om visuele inbeelding als je bijvoorbeeld denkt aan het beeld van een familielid, en auditieve verbeelding als je in jezelf praat. Of je kunt dromen door tast in te beelden. Verbeelding kan door externe prikkels worden opgeroepen, maar ook door interne. Bijvoorbeeld vanuit het default mode netwerk, het hersennetwerk dat actief is in rust, waaronder de hippocampus. Die kan bijvoorbeeld de hogere en lagere gebieden van de visuele cortex prikkelen waardoor je een familielid voor je ziet. Van een groot deel van die verbeeldingen of prikkels worden we ons niet bewust. Neem hoofdrekenen. We zijn ons bewust van de uitkomst, maar niet van alle processen die daaraan vooraf gaan. Met het maken van beslissingen gaat het net zo. We weten nog niet goed wanneer iets nu bewust wordt en wanneer niet. Emoties worden meestal opgeroepen door externe prikkels, maar gaan gepaard met interne lichamelijke sensaties, en veroorzaken allerlei gedachten over waar die emoties vandaan komen bijvoorbeeld.’
Is er sprake van emergentie in het bewustworden van onze gedachtenen emoties? Of kun je ook met één zintuig denken en voelen?
‘Waarschijnlijk denken en voelen we via systemen van verschillende zintuigen, ook al lijkt dat niet altijd zo. Bij een visuele gedachte wordt bijvoorbeeld eerst het visuele systeem in de schors actief. We willen graag nog onderzoeken of er dan soms meerdere systemen actief zijn, ook al lijkt het alsof er maar een zintuig bezig is.’
Hebben baby’s een bewustzijn?
‘Baby’s leren snel chocolade maken van zintuigelijke prikkels, verder ben ik geen expert op het gebied van het bewustzijn van baby’s. Maar mensen met bijvoorbeeld aangeboren staar zien aanvankelijk alleen vlekkenpatronen en geen losse objecten als zij een bril of lenzen gaan dragen die corrigeren voor die staar. Ze moeten eerst dingen zien bewegen om te leren dat het losse objecten zijn. Het visuele systeem moet dus getraind worden.’
En dieren?
‘Dieren die een cortex hebben die lijkt op die van mensen, zoals muizen en apen, zullen wel een vorm van bewustzijn hebben. Chimpansees hebben bijvoorbeeld ook die structuur van lagere en hogere gebieden in de cortex. Bij dieren die geen cortex hebben wordt het ingewikkelder, maar misschien kunnen andere hersenstructuren die verschillende lagen ook creëren. Je kunt ook onderzoeken wat dieren aan complex gedrag laten zien. Kunnen ze plannen? Of is er, zoals bij kikkers en de meeste reptielen, alleen sprake van automatisch stimulus-responsegedrag?
Er zijn ook dieren zonder cortex die wel degelijk heel complex gedrag laten zien. Gaaien zijn bijvoorbeeld in staat andere vogels voor de gek te houden. Zij doen dan alsof ze hun voedsel ergens verstoppen als andere vogels kijken, terwijl ze het stiekem elders bewaren.
Ook de octopus is een twijfelgeval. Die heeft een klein zenuwstelsel, weliswaar met hele grote bundels van zenuwcellen, maar ze zorgen er bijvoorbeeld voor dat hun armen niet steeds met elkaar verstrikt raken. De Australische onderzoeker Peter Godfrey-Smith observeert de dieren en ziet ook complex gedrag, hoewel dit anekdotisch is. Zo zag hij dat een octopus die in een tank zat, buiten zijn natuurlijke omgeving, en gewend was om levende garnalen te eten, een dode, ontdooide garnaal, precies in het afvoerputje van de tank gooit als de verzorger van wie hij die garnaal kreeg langsloopt. Dat is het soort gedrag waar bewustzijn voor nodig is. Kwallen daarentegen kunnen hoogstwaarschijnlijk alleen licht detecteren, maar niet waarnemen, ze vertonen namelijk alleen reflexmatig reacties op dat licht. Ik denk niet dat zij een bewustzijn hebben.’
‘Het zien van kleuren, het horen van muziek en het ruiken van geuren is echt iets anders dan neurale processen, maar zij worden er wel door voortgebracht’
Kunnen computers ooit een bewustzijn krijgen?
‘Ja, misschien is het een beetje eng, maar deze manier van denken stelt dat computers in principe ooit een bewustzijn kunnen krijgen. Gelukkig is dat nog niet het geval, want dat zou problematisch zijn. Robots zouden dan allerlei rechten krijgen, bijvoorbeeld als het gaat om pijn lijden. De kunstmatige intelligentie van nu heeft onder meer nog onvoldoende integratie om tot die bewuste emergentie te komen. Als onderdeel van het Human Brain Project zijn we wel bezig robots te ontwikkelen die visuele informatie kunnen integreren met tast. En er zijn modellen die met behulp van principes zoals voorspellend coderen al kunnen fantaseren. Die bijvoorbeeld via het woord ‘paard’ ook een beeld van een zelfverzonnen paard kunnen genereren.’
Wat zegt deze manier van denken over de vrije wil?
‘De eerste vraag is dan: vrij ten opzichte van wat? Vrij ten opzichte van de materie zijn we niet, de geest komt nooit los van de hersenen. Maar ik denk wel dat we vrij kunnen zijn ten opzichte van de omgeving. Onze interne processen, zoals verbeelding en planning zijn deels onafhankelijk van de omgeving. Ik denk dat zelfs al had je een computer die al je hersensignalen zou kunnen aftappen en op basis daarvan zou voorspellen wat je gaat doen, je met die voorspelling in de hand toch een andere keuze kunt maken. Alleen als je ook de begintoestand kent van alle atomen in het brein, zou je in een theorie een voorspelling kunnen maken. En dat gaat voor de praktijk te ver. Onze hersenen gedragen zich autonoom ten opzichte van de omgeving, en dus hebben we in de praktijk een vrije wil.’
Beeld: Peter Valckx
