een middeleeuwse edelman die zijn echtgenote verdacht van overspel, liet zijn raadgever haar pols meten. als de naam van de vermeende minnaar genoemd werd, ging de hartslag van de vrouw de hoogte in, waardoor haar schuld overduidelijk bewezen werd geacht. aan de hand van deze en vele andere anekdotes beschrijven barbara sahakian en julia gottwald in sex, lies & brain scans hoe het meten van hersensignalen kan helpen om bijvoorbeeld leugens te detecteren. ze brengen de nieuwe ontwikkelingen in de neurowetenschappen in kaart en bieden een reflectie over de mogelijke bredere maatschappelijke gevolgen van de vooruitgang in het hersenonderzoek.

Kijken in je hoofd: hoe kan hersenonderzoek onze samenleving veranderen?

Peter Janssen en Elsie Premereur

Weinig andere systemen zijn fascinerender dan onze amper anderhalve kilogram zware hersenen. Herinneringen ophalen, ons de toekomst inbeelden, de wereld veranderen en zelfs het grootste mysterie, ons zelfbewustzijn – het ontstaat allemaal op de een of andere manier in de hersenen. In vergelijking met ons brein zijn de huidige computers domme, energieverslindende machines. Het hersenonderzoek is lange tijd traag geëvolueerd, onder meer omdat de hersenen zo goed beschermd liggen in de schedel, maar de laatste decennia zijn er technieken ontstaan die toelaten de hersenactiviteit van een mens in beeld te brengen. Sex, Lies & Brain Scans van Barbara Sahakian en Julia Gottwald beschrijft die beeldvormingstechnieken en probeert in kaart te brengen welke maatschappelijke, juridische en ethische problemen deze ontwikkelingen met zich mee kunnen brengen. Op een bevattelijke manier geeft het boek een overzicht van hoe hersenscans werken, wat de voordelen en beperkingen zijn, en welke de gevolgen van het meten van hersenactiviteit bij de mens in de toekomst zouden kunnen zijn. Hoewel de titel van het boek misschien wat spectaculairder is dan de inhoud, geeft het toch een goed beeld van de nieuwe ontwikkelingen in de neurowetenschappen, inclusief een begin van reflectie over de mogelijke bredere maatschappelijke gevolgen van de vooruitgang in het hersenonderzoek.

De meest gebruikte manier om hersenactiviteit te meten bij de mens is functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI). Een hersengebied dat actiever wordt heeft energie nodig, dus vloeit er meer zuurstofrijk bloed naartoe. Zuurstofrijk en zuurstofarm bloed verschillen onder meer in hun magnetische eigenschappen. fMRI kan deze magnetische verschillen meten en ons zo een indirecte meting van de hersenactiviteit geven. Functionele beeldvorming van de hersenen wordt op dit moment vooral gebruikt in het fundamenteel onderzoek bij de mens. Onderzoekers proberen aan de hand van fMRI in kaart te brengen welke hersengebieden geactiveerd worden bij bepaalde taken (bijvoorbeeld bij het grijpen van een voorwerp), of bij het zien van bepaalde stimuli zoals gezichten of objecten. Wanneer een proefpersoon een foto ziet van een object, zoals een telefoon, stroomt er meer zuurstofrijk bloed naar de hersengebieden die de informatie van dit object verwerken, en fMRI kan deze signalen oppikken.

Wanneer een proefpersoon een foto ziet van een object, stroomt er meer zuurstofrijk bloed naar de hersengebieden die de informatie van dit object verwerken, en fMRI kan die signalen oppikken

Onderzoekers hopen zo beter te begrijpen wat de functie is van individuele hersengebieden. Hier stuiten we echter op twee belangrijke beperkingen van de techniek. Ten eerste is fMRI een indirecte meting van hersenactiviteit (we proberen indirect informatie over actieve hersencellen af te leiden door te kijken naar de bloedvoorziening), met een beperkte spatiale resolutie (enkele millimeters bevatten al gauw enkele duizenden hersencellen) en een lage temporele resolutie (veranderingen in de bloedstroom gebeuren pas na tien seconden). Hoewel actieve hersengebieden natuurlijk meestal veranderingen in de lokale bloedvoorziening veroorzaken, is het theoretisch mogelijk dat de twee fenomenen in een aantal gevallen niet perfect gecorreleerd zijn. Bovendien geeft het fMRI-signaal de som weer van alle veranderingen in activiteit in een bepaald deeltje van de hersenen. Dit betekent dat de kans bestaat dat een gebied niet geactiveerd zal lijken wanneer de helft van de hersencellen actiever wordt bij een bepaalde stimulus maar de andere helft minder actief.

Een tweede belangrijke beperking is dat fMRI een correlationele techniek is: men kan alleen meten of er een verband is tussen een stimulus en een verhoogde activiteit in een hersengebied, maar niet of dit deel van de hersenen ook echt cruciaal is voor de verwerking van deze stimulus. Hiervoor zijn causale technieken nodig, waarbij de hersenactiviteit kunstmatig verhoogd of verlaagd wordt, en het effect op het gedrag gemeten wordt. Studies bij patiënten waarbij bepaalde hersengebieden uitgeschakeld zijn (bijvoorbeeld na een beroerte), kunnen aanwijzingen opleveren, maar de getroffen gebieden zijn vaak groot en niet goed afgelijnd, zodat het moeilijk is om uitspraken te doen over één bepaald hersengebied. Op dit moment bestaan er een aantal technieken die toelaten om hersenactiviteit tijdelijk te manipuleren bij vrijwilligers, zoals Transcraniële Magnetische Stimulatie (TMS), maar helaas kennen we ondanks meer dan dertig jaar onderzoek nog steeds niet precies het juiste effect van deze technieken op de hersencellen.

Vanzelfsprekend zijn er ook belangrijke voordelen verbonden aan het gebruiken van fMRI voor hersenonderzoek. Het is een van de weinige manieren om informatie te bekomen over wat er zich afspeelt in de hersenen zonder de schedel te moeten openmaken. Ook geeft fMRI een beeld van de volledige hersenen, en is de spatiale resolutie van enkele millimeters op dit moment voldoende om uitspraken te kunnen doen over specifieke hersengebieden, die meestal enkele centimeters groot zijn. Ook in de klinische praktijk heeft fMRI ingang gevonden. Neurochirurgen zullen voor een operatie graag informatie krijgen over de exacte plaats van cruciale hersengebieden zoals het spraakcentrum als er een tumor in die buurt moet worden verwijderd, en dit gebeurt op dit moment met fMRI. Helaas kan een tumor de bloedvoorziening van het omringende hersenweefsel beïnvloeden en de interpretatie van de fMRI resultaten bemoeilijken.

De aanleiding voor het boek Sex, Lies & Brain Scans was echter een geheel van nieuwe toepassingsgebieden voor fMRI, waar ook maatschappelijke, juridische en ethische implicaties aan verbonden zijn. Zo zijn onderzoekers erin geslaagd om via fMRI-scans aan te tonen dat blanke proefpersonen met een grotere impliciete raciale vooringenomenheid (wat werd vastgesteld met behulp van vragenlijsten) bij het zien van gezichten van zwarten een sterkere activatie vertoonden van de amygdala dan bij gezichten van blanken. De amygdala is een kern diep in de hersenen die belangrijk is voor angst. Op die manier zou het mogelijk kunnen worden om mensen te screenen op raciale vooringenomenheid, bijvoorbeeld vooraleer hen een publieke functie aan te bieden. Het is natuurlijk ook de vraag in welke mate dit verantwoord is. Mensen kunnen perfect in staat zijn om hun expliciete handelingen los te koppelen van deze impliciete vooringenomenheid. Verder spelen hier ook de beperkingen van de techniek: op basis van fMRI kan men wel uitspraken doen over verschillen tussen groepen proefpersonen (groep A vertoont gemiddeld meer activiteit in de amygdala dan groep B), maar niet zo makkelijk over een bepaald individu. De verschillen in hersenactivatie zijn hiervoor meestal te klein. Nieuwe analysetechnieken zouden dit in de toekomst wel kunnen verbeteren.

Uit fMRI-scans blijkt dat blanke proefpersonen met een grotere impliciete raciale vooringenomenheid bij het zien van gezichten van zwarten een sterkere activatie vertonen van de amygdala dan bij gezichten van blanken

Een ander nieuw toepassingsgebied ligt in de juridische wereld. In de middeleeuwen werd de pols van overspelige vrouwen gemeten en ook vandaag worden nog steeds leugendetectors gebruikt. Maar kunnen ook hersenscans nuttig zijn om leugens op het spoor te komen? Dit zou natuurlijk een enorme impact hebben op het gerechtelijk onderzoek. Afhankelijk van de vraag om te liegen of de waarheid te zeggen zien onderzoekers inderdaad verschillen in de fMRI-activaties van proefpersonen, vooral vooraan in de hersenen, in gebieden die betrokken zijn bij het onderdrukken van een respons. Ook hier waren de eerste studies beperkt omdat men groepen van proefpersonen vergeleek en dus moeilijk uitspraken kon doen over een individueel subject. Recentere studies daarentegen konden in meer dan negentig procent van de gevallen detecteren of een proefpersoon liegt of niet, door gebruik te maken van gesofisticeerde analysetechnieken. Helaas kunnen ook de meest geavanceerde methodes in de war worden gebracht door allerlei trucs (bijvoorbeeld door systematisch een kleine vingerbeweging te maken telkens een vraag naar waarheid moest beantwoord worden in de scanner), waardoor de accuraatheid daalde naar dertig procent. Vanzelfsprekend zullen verdachten die aan een dergelijke test in de scanner onderworpen worden al heel vlug leren hoe ze het systeem moeten ontwrichten.

Een ander interessant toepassingsgebied van fMRI is de ethiek. Bestaat er een hersengebied dat actief is als we morele afwegingen maken? Een typisch dilemma in het moraliteitsonderzoek is een situatie waarbij een trein op hol slaat in de richting van een splitsing van het spoor. Aan de ene kant staat één spoorwerker, aan de andere kant staan er vijf. Het enige wat je kunt doen is de wissel bedienen. De meeste mensen zouden ervoor kiezen om de wissel te bedienen en één leven op te offeren om er vijf te redden. Als je echter meer direct betrokken bent en een persoon van de brug moet duwen om de trein te doen stoppen en vijf levens te redden, dan zullen de meeste mensen verkiezen om niets te doen. Bij de vergelijking tussen persoonlijke morele dilemma’s (iemand van de brug duwen) vergeleken met onpersoonlijke morele dilemma’s (de wissel bedienen) bleek een gebied vooraan in de hersenen (de ventromediale prefrontale cortex) erg actief te zijn. De emotionele verwerking van informatie lijkt dus belangrijk bij het beoordelen van deze persoonlijke morele dilemma’s. Letsels in deze zone resulteren ook in problemen met de emotionele verwerking van situaties. Deze patiënten zouden er ook vaker voor kiezen om de persoon van de brug te duwen. Wanneer proefpersonen stellingen te zien krijgen die moreel beladen zijn (bijvoorbeeld ‘men hing een onschuldige op’) vergeleken met neutrale stellingen, dan is deze ventromediale prefrontale cortex ook actief, net zoals andere gebieden meer achteraan in de hersenen. Er is dus een netwerk van gebieden actief wanneer we morele beslissingen moeten nemen of geconfronteerd worden met morele stellingen.

De interessante vraag is dan natuurlijk of mensen met een verstoord moraliteitsbesef (zoals een antisociale persoonlijkheidsstoornis, vroeger psychopathie genoemd) minder activatie in deze gebieden vertonen. Wanneer men veroordeelden met een antisociale persoonlijkheidsstoornis scant, dan vindt men inderdaad geen verschil in activatie van de ventromediale prefrontale cortex als men beelden toont van morele situaties (een inbreker die een huis binnendringt) vergeleken met niet-morele situaties (een man wandelt zijn huis binnen), terwijl veroordeelden zonder die persoonlijkheidsstoornis wel een verschil in activatie vertonen. Die bevindingen hebben vanzelfsprekend ook mogelijke juridische implicaties. In de Verenigde Staten heeft men al geprobeerd om een lichtere straf te bekomen voor misdadigers op basis van hun hersenscans, voorlopig (gelukkig?) zonder resultaat. In een andere studie konden onderzoekers aan de hand van verminderde activiteit in een bepaald hersengebied voorspellen welke veroordeelden zouden hervallen (52 procent kans op herval bij lage activiteit in dit gebied, ten opzichte van 31 procent kans op herval bij hoge activiteit). De vraag blijft of een afwijkende hersenactiviteit de persoon dan ook niet ontslaat van de verantwoordelijkheid voor zijn of haar daden.

De vraag blijft of een afwijkende hersenactiviteit een persoon ontslaat van de verantwoordelijkheid voor zijn of haar daden

Dit laatste thema is gerelateerd aan het probleem van de vrije wil. Subjectief denken we allemaal dat we een vrije wil hebben, maar is dit ook zo? Onderzoekers hebben patiënten waarbij micro-elektrodes geïmplanteerd werden in de hersenen (in het kader van klinisch onderzoek naar epilepsie) laten kijken naar een klok met een ronddraaiende wijzer. De patiënten konden op een knop duwen om de wijzer te doen stoppen, en daarna de wijzer terugduwen naar de plaats waar die zich bevond op het moment dat ze de intentie kregen om op de knop te duwen. Intussen registreerden de onderzoekers de elektrische activiteit in de hersenen. Verbazingwekkend genoeg kon men op basis van de elektrische activiteit bijna een seconde voor de patiënt er zich bewust van werd reeds bepalen wanneer de patiënt op de knop ging duwen. Dit betekent dat onze hersenen al beslist hebben nog voor we ons er zelf bewust van worden. Ook uit andere studies weten we dat er heel wat processen in de hersenen onbewust verlopen, het debat over het al dan niet bestaan van de vrije wil woedt dan ook volop.

Vrije wil (of het gebrek eraan?) is ook belangrijk in marketing. Momenteel worden nieuwe producten voorgesteld aan een testpubliek, dat met behulp van vragenlijsten zijn mening doorgeeft. Maar onze hersensignalen kunnen ook verraden of we liever Pepsi of Coca drinken, en of een liedje een hit zal worden, dit laatste zelfs beter dan vragenlijsten. Ons handelen en onze hersensignalen kunnen echter ook makkelijk worden beïnvloed: onderzoekers vonden dat dezelfde wijn beter beoordeeld werd indien hij hoger geprijsd was, en de prijsverschillen konden zelfs gedetecteerd worden in de hersensignalen. Gebieden die doorgaans geactiveerd zijn tijdens aangename gewaarwordingen vertonen bovendien meer activatie bij het aanbieden van de duurder geprijsde (maar dezelfde) wijn.

Hoewel we zeker spannende tijden tegemoet gaan en er op korte tijd een enorme vooruitgang is gemaakt in het fMRI-onderzoek, moeten er nog verschillende beperkingen worden weggewerkt. Zoals reeds aangehaald is de resolutie van de techniek momenteel nog beperkt. Dit is vooral een nadeel voor fundamenteel onderzoek naar kleine hersengebieden. Verder is de kostprijs van fMRI momenteel enorm: één toestel kost al gauw een paar miljoen euro en daar komen nog de kosten voor dagelijks onderhoud bij. Ook is er gespecialiseerd personeel nodig, zowel voor het uitvoeren van de experimenten als voor het analyseren van de data. Ten slotte is de interpretatie van de resultaten voer voor specialisten. Kan men concluderen dat proefpersonen duidelijke tekens van liefde vertonen voor een smartphone, omdat er een verhoogde activiteit in de insula wordt waargenomen als ze beelden van een smartphone zien? De insula is inderdaad een hersengebied geassocieerd met positieve gevoelens en liefde. Het probleem is echter dat de insula betrokken is bij enorm veel processen, en voornamelijk bij taken die aandacht vragen voor een opvallende stimulus, wat de smartphone toch is. Ten slotte moet ook nog worden benadrukt dat alle fMRI-testen momenteel worden uitgevoerd in een artificiële, gecontroleerde setting: de proefpersoon ligt in een kleine ruimte, krijgt meestal slechts een foto van een object of setting te zien, en mag zich absoluut niet bewegen.

Hoe spannend de toekomst van het hersenonderzoek er ook mag uitzien, we mogen de ethische vragen niet uit het oog verliezen. Willen we wel dat onze hersensignalen worden gelezen voor neuromarketing? Moeten kandidaten voor publieke functies worden gescand om hen te controleren op raciale vooringenomenheid? Kan fMRI worden gebruikt als leugendetector? Kunnen fMRI-resultaten gebruikt worden in rechtszaken? Het zijn allemaal hoogst complexe en ingrijpende vragen waarover dringend een maatschappelijk debat moet worden aangegaan.

Barbara Sahakian en Julia Gottwald, Sex, Lies & Brain Scans. (Oxford: Oxford University Press, 2017).

Elsie Premereur is postdoctoraal onderzoeker en Peter Janssen is gewoon hoogleraar. Ze zijn beiden lid van het Laboratorium voor Neuro-en Psychofysiologie in het departement Neurowetenschappen van de KU Leuven.