De verborgen hersenverbindingen tussen onze handen en tongen | Quanta-tijdschrift

Op een dag, toen ik een naald in de draad prikte om een ​​knoop te naaien, merkte ik dat mijn tong uitstak. Hetzelfde gebeurde later, toen ik zorgvuldig een foto uitknipte. Op een andere dag, toen ik gevaarlijk op een ladder zat en het raamkozijn van mijn huis schilderde, was het daar weer!

Wat is hier aan de hand? Ik steek niet opzettelijk mijn tong uit als ik deze dingen doe, dus waarom blijft het verschijnen? Het is tenslotte niet zo dat die veelzijdige linguale spier iets te maken heeft met het beheersen van mijn handen. Rechts?

Maar zoals ik zou leren, zijn onze tong- en handbewegingen op onbewust niveau nauw met elkaar verbonden. De diepe evolutionaire wortels van deze bijzondere interactie helpen zelfs verklaren hoe onze hersenen kunnen functioneren zonder bewuste inspanning.

Een veel voorkomende verklaring voor waarom we onze tong uitsteken wanneer we nauwkeurige handbewegingen uitvoeren, wordt genoemd motoroverloop. In theorie kan het zoveel cognitieve inspanning vergen om een ​​naald in te rijgen (of andere veeleisende fijne motorische vaardigheden uit te voeren) dat onze hersencircuits overspoeld raken en aangrenzende circuits raken, waardoor ze op ongepaste wijze worden geactiveerd. Het is zeker waar dat motorische overflow kan optreden na neuraal letsel of in de vroege kinderjaren wanneer we leren ons lichaam onder controle te houden. Maar ik heb te veel respect voor onze hersenen om die verklaring van ‘beperkte hersenbandbreedte’ te geloven. Hoe komt deze eigenaardige hand-mond-overspraak dan werkelijk tot stand?

Door de neurale anatomie van tong- en handbediening te volgen om vast te stellen waar een kortsluiting zou kunnen optreden, ontdekken we allereerst dat de twee worden bestuurd door totaal verschillende zenuwen. Dit is logisch: iemand die een dwarslaesie heeft waardoor zijn handen verlamd raken, verliest zijn spraakvermogen niet. Dat komt omdat de tong wordt aangestuurd door een hersenzenuw, maar de handen worden aangestuurd door spinale zenuwen.

Dit zijn fundamenteel verschillende soorten zenuwen. Hersenzenuwen dringen door kleine openingen de schedel binnen en verbinden zich rechtstreeks met de hersenen. Ieder vervult een specifieke sensorische of motorische functie; de eerste hersenzenuw brengt bijvoorbeeld het reukvermogen over. De tong wordt aangestuurd door de 12e hersenzenuw, de hypoglossale zenuw. Daarentegen ontvangen de spieren die onze handbewegingen controleren, net als de meeste andere spieren in ons lichaam, instructies van zenuwen die zich vanuit ons ruggenmerg uitstrekken en zich een weg banen tussen onze wervels. Zintuiglijke signalen maken de omgekeerde reis. Het is duidelijk dat elke kortsluiting tussen de tong- en handbedieningscircuits stroomopwaarts van deze twee zenuwen moet ontstaan, ergens in de hersenen zelf.

Als we vervolgens kijken naar de neurale bedrading van de motorische cortex van de hersenen, zien we dat de gebieden die de tong controleren niet grenzen aan het gebied dat de vingers controleert. De link tussen tong en handen moet daarom ergens anders in de hersenen liggen, hoogstwaarschijnlijk in een gebied waar complexe neurale circuits zeer geavanceerde functies uitvoeren. Een van de meest geavanceerde functies die mensen kunnen uitvoeren is tenslotte spraak – het lijkt inderdaad uniek te zijn voor mensen. Het volgende meest geavanceerde wat we kunnen doen, is het gebruik van hulpmiddelen onder de knie krijgen. Opvallend was dat ik in elk van de verschillende situaties waarin mijn tong uitstak, een stuk gereedschap gebruikte: een naald, een schaar of een penseel.

Dat verband wordt bevestigd door onderzoek waaruit blijkt dat hand- en mondbewegingen strak gecoördineerd zijn. Sterker nog, dat samenspel verbetert vaak de prestaties. Krijgskunstenaars schreeuwen korte explosieve uitingen, genaamd kiai in karate, terwijl ze stootbewegingen uitvoeren; Tennisspelers schreeuwen vaak als ze de bal slaan. En uit onderzoek blijkt dat het koppelen van handbewegingen aan specifieke mondbewegingen, vaak met vocalisatie, de reactietijd verkort die nodig is om beide te doen. Deze neurale koppeling is zo aangeboren dat we ons er meestal niet van bewust zijn, maar we doen dit voortdurend zonder ons bewust te zijn, omdat de betrokken neurale circuits zich in een gebied van de hersenen bevinden dat automatisch werkt – het ligt letterlijk onder hersengebieden die bewust bewustzijn verschaffen.

Handbewegingen komen in twee algemene vormen voor: Krachtgreepbewegingen omvatten het openen en sluiten van een vuist, terwijl precisiehandbewegingen het delicate knijpen tussen duim en wijsvinger inhouden. We hebben geleerd dat deze twee soorten handbewegingen vaak gepaard gaan met verschillende tong- en mondbewegingen. Neem bijvoorbeeld de bewegingen van wijlen rockzanger Joe Cocker, die bekend stond om zijn wilde arm- en handgebaren tijdens optredens. Gedeeltelijk waren dit luchtgitaar- en pianopantomimes, maar Cocker bespeelde geen van beide instrumenten, dus weerspiegelden ze waarschijnlijk ook een natuurlijke verbinding tussen hand en mond. Hij vertoonde vaak de krachtgreepbeweging van een open vuist wanneer zijn tong werd teruggetrokken terwijl hij een open klinker zong zoals 'aw'.

Op andere momenten stak Cockers tong naar voren terwijl hij de klinkerklank ‘yee’ zong, terwijl zijn rechterhand (op de hals van zijn luchtgitaar – hij was linkshandig) een precisiebeweging uitvoerde, waarbij hij in zijn duim en vingers kneep alsof hij een klein voorwerp oppakte of een moeilijk akkoord speelde.

Onderzoekers hebben de afgelopen tien jaar aangetoond dat tastsensaties van onze gevoelige vingertoppen en tong in onze hersenen vaak met elkaar zijn gekoppeld op een manier die de prestaties beïnvloedt. Net als in de uitvoeringen van Cocker worden open-mondgeluiden geassocieerd met krachtige greepbewegingen en tong-voorwaartse vocalisaties met fijne manipulatieve vingerbewegingen. In feite wordt nieuw onderzoek als preprint geplaatst terwijl het onderzoek wordt herzien voor publicatie in het tijdschrift Psychologisch onderzoek suggereert dat als Cocker zijn hand- en mondbewegingen door elkaar had gehaald, hij waarschijnlijk zijn vocale prestaties zou hebben verstoord.

In het nieuwe onderzoek lazen proefpersonen stil of spraken hardop een van de twee verschillende geluiden – ‘tih’ of ‘ka’ – terwijl de onderzoekers hun reactietijden maten bij het uitvoeren van een krachtgreep of een precisiegreeptaak. Het puntje van de tong duwt naar voren tegen of nabij de voortanden en maakt het "tih" -geluid, wat zou moeten overeenkomen met het maken van nauwkeurige bewegingen met de vingers. Daarentegen trekt de tong zich terug naar de achterkant van de mond om het ‘ka’-geluid te maken, wat overeenkomt met handbewegingen met een krachtige greep. Wanneer de proefpersonen geluiden lazen of verbaliseerden die niet compatibel waren met hun handbewegingen, waren hun reactietijden merkbaar langzamer. Dat laat zien hoe diepgeworteld de coördinatie tussen tong en hand is in de onbewuste neurale circuits in onze hersenen.

Waar komt deze coördinatie vandaan? Het is waarschijnlijk ontstaan ​​door de hand-op-mond-voedingsbewegingen van onze oude voorouders en hun taalontwikkeling, omdat gesproken taal doorgaans gepaard gaat met automatische handbewegingen. Vermoedelijk waren handgebaren het eerste type communicatie dat zich ontwikkelde, en geleidelijk vermengden ze zich met passende syllabische uitingen – mondklanken – die taal mogelijk maakten. Functionele beeldvormingsstudies van de hersenen tonen inderdaad aan dat specifieke tong- en handbewegingen hetzelfde hersengebied in de premotorische cortex (het F5-gebied) activeren. Bovendien zijn het dezelfde neuronen in de premotorisch gebied vuur wanneer een aap een voorwerp met zijn mond of hand vastpakt. Elektrische stimulatie van ditzelfde gebied zorgt ervoor dat de hand van een aap een grijpbeweging maakt terwijl zijn mond opengaat, en zijn hand naar zijn mond beweegt.

Gereedschapsgebruik activeert ook deze neuronen, en gereedschappen worden vaak gebruikt bij het bereiden van voedsel, eten en vormen van communicatie (zoals het schetsen van precieze vormen met een potlood of typen op een toetsenbord). De vaardigheid van een individu in het gebruik van precisiegereedschap voorspelt hun taalvaardigheid, en die bevinding komt overeen met de gedeeltelijke overlap in onze neurale netwerken tussen taal- en motorische vaardigheden. Bij mensen komt het relevante deel van de hersenen overeen met een deel dat cruciaal is voor de spraak neuroimaging-onderzoeken bij mensen wijzen op een nauwe relatie tussen hersengebieden die verband houden met spraakproductie en de hersengebieden die handbewegingen controleren.

Met al deze verbindingen is het geen wonder dat de tong naar buiten gluurt tijdens momenten van handmatige concentratie. Het lijkt ons waarschijnlijk gewoon vreemd, omdat we de neiging hebben om de hersenen te beschouwen als een geavanceerde machine, ontworpen om stukjes informatie op te nemen, deze te berekenen en de spieren te controleren om met onze omgeving te communiceren. Maar de hersenen zijn een agglomeratie van cellen, geen technisch systeem. Het is geëvolueerd om de overleving in een complexe wereld te maximaliseren. Om dat doel efficiënt te bereiken, mixen de hersenen functies op een manier die lijkt alsof er iets mis is gegaan, maar daar is wel een goede reden voor. Het brein combineert tong- en handbewegingen met geluiden en emoties omdat het ervaringen codeert en complexe bewegingen op een holistische manier uitvoert – niet als afzonderlijke entiteiten die aan elkaar zijn geregen als regels computercode, maar als stukjes van een groter conceptueel doel en context.

Toen ik merkte dat mijn tong tussen mijn tanden stak, verbeterde de eeuwenoude en diepgewortelde bedrading in mijn hersenen die mijn tong en handen bestuurde, feitelijk mijn prestaties. Als u merkt dat u hetzelfde doet, schaam u dan niet; erken gewoon de verbazingwekkende efficiëntie van onze hersenfuncties en wees dankbaar voor de hulp.