Is het echt of ingebeeld? Hoe uw hersenen het verschil vertellen. | Quanta-tijdschrift

Is dit het echte leven? Is dit slechts fantasie?

Dat zijn niet alleen de teksten van het Queen-nummer 'Bohemian Rhapsody'. Het zijn ook de vragen die de hersenen constant moeten beantwoorden terwijl ze stromen visuele signalen van de ogen en puur mentale beelden verwerken die uit de verbeelding borrelen. Hersenscanstudies hebben herhaaldelijk aangetoond dat het zien van iets en het verbeelden ervan zeer vergelijkbare patronen van neurale activiteit oproept. Maar voor de meesten van ons zijn de subjectieve ervaringen die ze produceren heel verschillend.

"Ik kan nu uit mijn raam kijken, en als ik wil, kan ik me een eenhoorn voorstellen die over straat loopt", zei ze Thomas Naselaris, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Minnesota. De straat zou echt lijken en de eenhoorn niet. "Het is me heel duidelijk", zei hij. De wetenschap dat eenhoorns mythisch zijn, speelt daar nauwelijks een rol in: een eenvoudig denkbeeldig wit paard zou net zo onwerkelijk lijken.

Dus "waarom hallucineren we niet constant?" vroeg Nadine Dijkstra, een postdoctorale fellow aan University College London. Een studie die ze leidde, onlangs gepubliceerd in Nature Communications, geeft een intrigerend antwoord: het brein beoordeelt de beelden die het verwerkt tegen een 'realiteitsdrempel'. Als het signaal de drempel overschrijdt, denken de hersenen dat het echt is; als dat niet het geval is, denken de hersenen dat het ingebeeld is.

Zo'n systeem werkt meestal goed omdat ingebeelde signalen doorgaans zwak zijn. Maar als een ingebeeld signaal sterk genoeg is om de drempel te overschrijden, nemen de hersenen het voor realiteit aan.

Hoewel de hersenen zeer bekwaam zijn in het beoordelen van de beelden in onze geest, lijkt het erop dat "dit soort reality-checking een serieuze strijd is", zei Lars Muckli, een professor visuele en cognitieve neurowetenschappen aan de Universiteit van Glasgow. De nieuwe bevindingen roepen vragen op over de vraag of variaties of veranderingen in dit systeem kunnen leiden tot hallucinaties, invasieve gedachten of zelfs dromen.

"Ze hebben naar mijn mening uitstekend werk geleverd door een kwestie waar filosofen al eeuwen over debatteren, modellen met voorspelbare resultaten te definiëren en te testen", zei Naselaris.

Wanneer percepties en verbeelding zich vermengen

Dijkstra's studie van ingebeelde beelden ontstond in de begindagen van de Covid-19-pandemie, toen quarantaines en lockdowns haar geplande werk onderbraken. Verveeld begon ze de wetenschappelijke literatuur over verbeelding door te nemen - en besteedde vervolgens uren aan het doorzoeken van papieren voor historische verslagen over hoe wetenschappers zo'n abstract concept testten. Zo stuitte ze op een onderzoek uit 1910, uitgevoerd door de psychologe Mary Cheves West Perky.

Perky vroeg deelnemers om fruit voor te stellen terwijl ze naar een blinde muur staarden. Terwijl ze dat deden, projecteerde ze in het geheim extreem vage beelden van die vruchten - zo zwak dat ze nauwelijks zichtbaar waren - op de muur en vroeg de deelnemers of ze iets hadden gezien. Geen van hen dacht dat ze iets echts zagen, hoewel ze opmerkten hoe levendig hun ingebeelde beeld leek. "Als ik niet had geweten dat ik het me verbeeldde, had ik gedacht dat het echt was", zei een deelnemer.

Perky's conclusie was dat wanneer onze perceptie van iets overeenkomt met wat we weten dat we ons voorstellen, we zullen aannemen dat het denkbeeldig is. Uiteindelijk werd het in de psychologie bekend als het Perky-effect. "Het is een enorme klassieker," zei Bence Nanay, professor filosofische psychologie aan de Universiteit Antwerpen. Het werd een beetje "verplicht als je over beelden schrijft om je twee cent te zeggen over het Perky-experiment."

In de jaren zeventig wekte de psychologieonderzoeker Sydney Joelson Segal de belangstelling voor Perky's werk nieuw leven in door het experiment bij te werken en aan te passen. In een vervolgonderzoek vroeg Segal de deelnemers zich iets voor te stellen, zoals de skyline van New York City, terwijl hij iets anders vaag op de muur projecteerde, zoals een tomaat. Wat de deelnemers zagen was een mix van het ingebeelde beeld en het echte beeld, zoals de skyline van New York City bij zonsondergang. De bevindingen van Segal suggereerden dat perceptie en verbeeldingskracht soms "vrij letterlijk vermengd kunnen worden", zei Nanay.

Niet alle onderzoeken die tot doel hadden de bevindingen van Perky te repliceren, slaagden. Sommigen van hen betroffen herhaalde proeven voor de deelnemers, wat de resultaten vertroebelde: als mensen eenmaal weten wat je probeert te testen, hebben ze de neiging hun antwoorden te veranderen in wat zij denken dat juist is, zei Naselaris.

Dus Dijkstra, onder leiding van Steve Vlaming, een metacognitie-expert aan het University College London, zette een moderne versie van het experiment op waarmee het probleem werd vermeden. In hun onderzoek hadden deelnemers nooit de kans om hun antwoorden te bewerken, omdat ze maar één keer werden getest. Het werk modelleerde en onderzocht het Perky-effect en twee andere concurrerende hypothesen over hoe de hersenen werkelijkheid en verbeelding uit elkaar houden.

Evaluatie Netwerken

Een van die alternatieve hypothesen zegt dat de hersenen dezelfde netwerken gebruiken voor realiteit en verbeelding, maar dat functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) hersenscans niet voldoende resolutie hebben voor neurowetenschappers om de verschillen te onderscheiden in hoe de netwerken worden gebruikt. Een van Muckli's studiessuggereert bijvoorbeeld dat in de visuele cortex van de hersenen, die beelden verwerkt, denkbeeldige ervaringen gecodeerd zijn in een meer oppervlakkige laag dan echte ervaringen.

Met functionele beeldvorming van de hersenen, "knijpen we onze ogen samen", zei Muckli. Binnen elk equivalent van een pixel in een hersenscan bevinden zich ongeveer 1,000 neuronen en we kunnen niet zien wat ze allemaal doen.

De andere hypothese, gesuggereerd door studies geleid door Joël Pearson aan de Universiteit van New South Wales, is dat dezelfde paden in de hersenen coderen voor zowel verbeelding als perceptie, maar verbeelding is gewoon een zwakkere vorm van perceptie.

Tijdens de pandemische lockdown rekruteerden Dijkstra en Fleming voor een online onderzoek. Vierhonderd deelnemers kregen de opdracht om naar een reeks met ruis gevulde afbeeldingen te kijken en zich diagonale lijnen voor te stellen die er naar rechts of links doorheen kantelden. Tussen elke proef werd hen gevraagd om te beoordelen hoe levendig de beelden waren op een schaal van 1 tot 5. Wat de deelnemers niet wisten, was dat de onderzoekers in de laatste proef langzaam de intensiteit verhoogden van een zwak geprojecteerd beeld van diagonale lijnen - gekanteld ofwel in de richting die de deelnemers werd verteld om zich voor te stellen of in de tegenovergestelde richting. De onderzoekers vroegen de deelnemers vervolgens of wat ze zagen echt was of ingebeeld.

Dijkstra verwachtte dat ze het Perky-effect zou vinden - dat wanneer het ingebeelde beeld overeenkwam met het geprojecteerde beeld, de deelnemers de projectie zouden zien als het product van hun verbeelding. In plaats daarvan dachten de deelnemers veel eerder dat het beeld er echt was.

Toch was er op zijn minst een echo van het Perky-effect in die resultaten: deelnemers die dachten dat het beeld er was, zagen het levendiger dan de deelnemers die dachten dat het hun verbeelding was.

In een tweede experiment presenteerden Dijkstra en haar team tijdens de laatste proef geen beeld. Maar het resultaat was hetzelfde: de mensen die wat ze zagen als levendiger beoordeelden, waren ook meer geneigd om het als echt te beoordelen.

De waarnemingen suggereren dat beelden in ons geestesoog en echte waargenomen beelden in de wereld met elkaar vermengd raken, zei Dijkstra. "Als dit gemengde signaal sterk of levendig genoeg is, denken we dat het de realiteit weerspiegelt." Het is waarschijnlijk dat er een bepaalde drempel is waarboven visuele signalen echt aanvoelen voor de hersenen en waaronder ze zich ingebeeld voelen, denkt ze. Maar er kan ook een meer geleidelijk continuüm zijn.

Om te leren wat er gebeurt in een brein dat probeert werkelijkheid van verbeelding te onderscheiden, analyseerden de onderzoekers hersenscans uit een eerdere studie waarin 35 deelnemers zich levendig verschillende beelden voorstelden en waarnamen, van gieters tot hanen.

In overeenstemming met andere onderzoeken ontdekten ze dat de activiteitspatronen in de visuele cortex in de twee scenario's erg op elkaar leken. "Levendige beelden lijken meer op waarneming, maar of vage waarneming meer op beelden lijkt, is minder duidelijk", zei Dijkstra. Er waren aanwijzingen dat het kijken naar een vaag beeld een patroon zou kunnen produceren dat lijkt op dat van de verbeelding, maar de verschillen waren niet significant en moeten verder worden onderzocht.

Wat wel duidelijk is, is dat de hersenen nauwkeurig moeten kunnen reguleren hoe sterk een mentaal beeld is om verwarring tussen fantasie en werkelijkheid te voorkomen. "De hersenen hebben een heel zorgvuldige evenwichtsoefening die ze moeten uitvoeren," zei Naselaris. "In zekere zin gaat het mentale beelden net zo letterlijk interpreteren als visuele beelden."

Ze ontdekten dat de sterkte van het signaal kan worden gelezen of gereguleerd in de frontale cortex, die onder andere emoties en herinneringen analyseert. Maar het is nog niet duidelijk wat de levendigheid van een mentaal beeld of het verschil tussen de sterkte van het beeldsignaal en de realiteitsdrempel bepaalt. Het kan een neurotransmitter zijn, veranderingen in neuronale verbindingen of iets totaal anders, zei Naselaris.

Het zou zelfs een andere, niet-geïdentificeerde subset van neuronen kunnen zijn die de realiteitsdrempel bepaalt en dicteert of een signaal moet worden omgeleid naar een pad voor ingebeelde beelden of een pad voor echt waargenomen beelden - een bevinding die de eerste en derde hypothese netjes met elkaar zou verbinden. , zei Muckli.

Hoewel de bevindingen verschillen van zijn eigen resultaten, die de eerste hypothese ondersteunen, houdt Muckli van hun redenering. Het is een 'opwindend document', zei hij. Het is een 'intrigerende conclusie'.

Maar verbeelding is een proces dat veel meer inhoudt dan alleen kijken naar een paar regels op een rumoerige achtergrond, zei hij Peter Tse, een professor cognitieve neurowetenschappen aan het Dartmouth College. Verbeelding, zei hij, is het vermogen om te kijken naar wat er in je kast staat en te beslissen wat je voor het avondeten gaat maken, of (als je de gebroeders Wright bent) een propeller te pakken, op een vleugel te plakken en je voor te stellen dat hij vliegt.

De verschillen tussen de bevindingen van Perky en die van Dijkstra kunnen volledig te wijten zijn aan verschillen in hun procedures. Maar ze wijzen ook op een andere mogelijkheid: dat we de wereld anders zouden kunnen waarnemen dan onze voorouders.

Haar onderzoek richtte zich niet op het geloof in de realiteit van een afbeelding, maar ging meer over het 'gevoel' van de realiteit, zei Dijkstra. De auteurs speculeren dat, omdat geprojecteerde beelden, video en andere representaties van de werkelijkheid in de 21e eeuw gemeengoed zijn, onze hersenen misschien hebben geleerd om de werkelijkheid iets anders te beoordelen dan mensen een eeuw geleden deden.

Hoewel deelnemers aan dit experiment "niet verwachtten iets te zien, wordt het toch meer verwacht dan wanneer je in 1910 bent en nog nooit in je leven een projector hebt gezien", zei Dijkstra. De realiteitsdrempel van vandaag is daarom waarschijnlijk veel lager dan in het verleden, dus er kan een ingebeeld beeld nodig zijn dat veel levendiger is om de drempel te overschrijden en de hersenen in verwarring te brengen.

Een basis voor hallucinaties

De bevindingen roepen vragen op over de vraag of het mechanisme relevant zou kunnen zijn voor een breed scala van omstandigheden waarin het onderscheid tussen verbeelding en perceptie oplost. Dijkstra speculeert bijvoorbeeld dat wanneer mensen in slaap beginnen te vallen en de werkelijkheid zich begint te vermengen met de droomwereld, hun realiteitsdrempel zou kunnen dalen. Bij aandoeningen zoals schizofrenie, waar sprake is van een "algemene ineenstorting van de werkelijkheid", kan er een kalibratieprobleem zijn, zei Dijkstra.

"Bij een psychose kan het zijn dat hun beeldtaal zo goed is dat het net die drempel raakt, of dat hun drempel er niet is", zei hij. Karolina Lempert, een assistent-professor psychologie aan de Adelphi University die niet betrokken was bij het onderzoek. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat er bij mensen die hallucineren, sprake is van een soort sensorische hyperactiviteit, wat suggereert dat het beeldsignaal wordt vergroot. Maar er is meer onderzoek nodig om het mechanisme vast te stellen waardoor hallucinaties ontstaan, voegde ze eraan toe. "De meeste mensen die levendige beelden ervaren, hallucineren immers niet."

Nanay denkt dat het interessant zou zijn om de realiteitsdrempels te bestuderen van mensen met hyperfantasie, een extreem levendige verbeelding die ze vaak verwarren met de realiteit. Evenzo zijn er situaties waarin mensen last hebben van zeer sterk ingebeelde ervaringen waarvan ze weten dat ze niet echt zijn, zoals bij hallucinaties door drugs of in lucide dromen. In omstandigheden zoals posttraumatische stressstoornis, "beginnen mensen vaak dingen te zien die ze niet wilden zien", en het voelt echter dan het zou moeten, zei Dijkstra.

Sommige van deze problemen kunnen betrekking hebben op storingen in hersenmechanismen die normaal helpen om dit onderscheid te maken. Dijkstra denkt dat het nuttig kan zijn om te kijken naar de realiteitsdrempels van mensen met aftasie, het onvermogen om zich bewust mentale beelden voor te stellen.

De mechanismen waarmee de hersenen onderscheiden wat echt is van wat denkbeeldig is, kunnen ook verband houden met hoe het onderscheid maakt tussen echte en neppe (niet-authentieke) beelden. In een wereld waarin simulaties steeds dichter bij de realiteit komen, wordt het steeds moeilijker om onderscheid te maken tussen echte en nepbeelden, zei Lempert. "Ik denk dat het misschien een belangrijkere vraag is dan ooit."

Dijkstra en haar team werken nu aan het aanpassen van hun experiment om te werken in een hersenscanner. "Nu de lockdown voorbij is, wil ik weer naar hersenen kijken", zei ze.

Ze hoopt uiteindelijk erachter te komen of ze dit systeem kunnen manipuleren om de verbeelding echter te laten voelen. Zo worden virtual reality en neurale implantaten nu onderzocht voor medische behandelingen, bijvoorbeeld om blinden weer te laten zien. Het vermogen om ervaringen min of meer echt te laten aanvoelen, zei ze, kan erg belangrijk zijn voor dergelijke toepassingen.

Het is niet bizar, gezien het feit dat de werkelijkheid een constructie van de hersenen is.

"Onder onze schedel is alles verzonnen," zei Muckli. “We construeren de wereld volledig, in zijn rijkdom en detail en kleur en geluid en inhoud en opwinding. … Het wordt gemaakt door onze neuronen.”

Dat betekent dat de realiteit van de een anders zal zijn dan die van de ander, zei Dijkstra: "De grens tussen verbeelding en realiteit is gewoon niet zo stevig."