2.5 Besturingsmechanismen

Waarnemen is belangrijk voor levensvormen die zichzelf kunnen verplaatsen. Zonder waarneming is het niet duidelijk welke kant ze moeten opgaan en is de verplaatsing willekeurig en daardoor zinloos. Kunnen bewegen vereist het hebben van een doel en dit brengt het maken van een voorspelling met zich mee: ben ik veilig voor of achter de boom? Door te bewegen beïnvloedt een levensvorm zijn directe toekomst. Deze beïnvloeding stelt steeds hogere eisen aan het denkvermogen.

Dit begint met het ontrafelen van de verschillende zintuigen – zien, horen, voelen, ruiken en proeven. Meer en betere zintuigen vereisen een beter ontwikkeld brein om wijs te worden uit de binnenkomende prikkels. En hoe meer bewegingsmogelijkheden een levensvorm heeft, hoe beter de coördinatie moet zijn.

Een volgende complicatie is het reageren op variabele situaties. Het brein moet zich voortdurend aanpassen aan de omstandigheden. Het kan niet zoals bij werking altijd op dezelfde manier reageren. Een vaste werking is bijvoorbeeld het hart sneller laten kloppen als er zuurstof te kort is. Een variabele werking is opzij te springen als een rotsblok van de berg komt afrollen.

We gaan vervolgens niet alleen reageren op gebeurtenis, we gaan die ook voorspellen. We hebben onderdak en het gaat regenen. We voorspellen dat we te veel afkoelen in de regen, ook al is het buiten warm. We blijven zitten waar we zitten. Lopen we buiten in de regen, dan zoeken we juist een schuilplaats. Dit lijkt allemaal eenvoudig, maar stelt wel grote eisen aan ons brein. Het moet meerdere stappen op elkaar afstemmen om het gewenste resultaat te behalen. Het combineren van een reeks samenhangende beslissingen noemen we besturing. Levensvormen passen voor hun besturing verschillende mechanismen toe. Hoog ontwikkelde levensvormen, zoals de mens, benutten drie besturingsmechanismen.

Elk besturingsmechanisme leidt tot andere beslisstructuren in het brein. Doordat de besturingsmechanismen andere eisen stellen aan de verwerking van prikkels, ontstaan gespecialiseerde structuren in het brein. Deze structuren bouwen op elkaar.1 De hersenstam werkt volgens een stappenplan. De kleine hersenen zijn later ontstaan om te reageren op gebeurtenissen. De grote hersenen zijn nog later ontstaan om de routezoekende besturing mogelijk te maken. Zo bouwt elk vrijheidsvergrotend hersengebied voort op de vorige.

Voor het brein kent elk besturingsmechanisme voor- en nadelen. Vaste processtappen zijn het snelst en verbruiken de minste energie, maar zijn niet gemakkelijk te veranderen. Gebeurtenisgedreven besturing werkt trager, omdat het brein een waarneming eerst moet omzetten in een vraag en pas daarna een beslissing kan nemen. Het grote voordeel is de snelheid waarmee deze besturing op wijzigende omstandigheden kan inspelen. Routezoekend besturen is nog trager, omdat het aantal mogelijkheden waaruit het brein moet kiezen veel groter is. Het vooraf kiezen van de beste route uit meerdere mogelijkheden geeft echter zoveel voordelen dat de nadelen in het niet vallen.

Elk hersengebied optimaliseert het liefst naar de meest snelle en energiezuinige besturing. Een stappenplan is snel en verbruikt weinig energie, en heeft daarom de voorkeur. Het zoeken van een goede route kost de meeste energie en is het traagst. Dit besturingsmechanisme staat daarom onderaan in de prioriteitenlijst van het brein. Het brein probeert om snelheid te winnen en energie te besparen de keuzeprocessen van routezoekend naar gebeurtenisgedreven en het liefst naar stappenplan om te zetten. Hiermee beperken we de keuzevrijheid in ruil voor snelheid en een laag energieverbruik. We hoeven niet meer intensief na te denken en kunnen onbewust beslissingen nemen.

Het verschil in energieverbruik tussen een stappenplan en een routezoekend mechanisme is goed aan te voelen door terug te gaan naar spannende momenten in het leven. Haal die herinnering terug en denk aan hoe de moeheid toesloeg nadat alle beslissingen waren genomen. De moeheid ontstaat doordat het brein op volle toeren draait om de juiste routes in te schatten. Vaststellen wat er werkelijk aan de hand is, inschatten welke routes mogelijk zijn, afwegen welke daarvan het meest kansrijk zijn en de juiste keuze maken, kost veel energie. Dat leidt tot een moe gevoel.

De theorie dat elk hersengebied een ander besturingsmechanisme benut bouwt voort op de gedachten van neurobioloog David Marr.2 De gedachtegang is verder uitgewerkt in hoofdstuk 30 Het brein als voorspelmachine.

De drie besturingsmechanismen bouwen voort op elkaar. Welke principes hierbij gelden is nog onduidelijk, omdat het onderzoek hierna op diverse barrières stuit. Wat bijvoorbeeld werkt in een laboratorium met steriele omstandigheden, werkt veel minder goed in complexere omgevingen met veel meer prikkels en afleiding.3 En het doortrekken van bijvoorbeeld behavioristische theorieën – hond gaat kwijlen zodra hij een bel hoort – blijkt in andere omstandigheden op onzichtbare belemmeringen te stuiten. We kunnen katten leren om aan een touwtje te trekken om voedsel te krijgen, maar we kunnen ze niet leren hun vacht te likken om voedsel te krijgen. Duiven sterven eerder dan te leren om niet op een scherm te pikken om voedsel te krijgen. Sommige zwakbegaafde mensen kunnen niet begrijpen hoe ze de volgorde van vuile vaat, water, schoonmaken, afdrogen, schone vaat kunnen onthouden en toepassen. Deze voorbeelden maken duidelijk dat de hindernissen binnen de besturingsmechanismen onvoldoende onderzocht zijn.

Een besturingsmechanisme beschrijft de wijze waarop we tot een beslissing komen. Elk mechanisme voegt meer vrijheid toe aan het maken van keuzen en stelt hogere eisen aan het denkvermogen.

Stappenplan: op elkaar volgende handelingen

In een stappenplan doen we eerst stap A, dan B, dan C, tot het einde. Voer de voorgeschreven instructies uit om het gewenste resultaat te bereiken. Dit is de eerste en meest eenvoudige manier van besturing. Een stappenplan karakteriseert zich door voorspelbaarheid, omkeerbaarheid en het ontbreken van nieuwigheden.

Een stappenplan komt veel voor. Het staat aan de basis van veel menselijk gedrag. Bijvoorbeeld bij het maken van voedsel. Zo kennen we de volgende instructie voor het bakken van pannenkoeken: mix het meel, de melk, de eieren en het zout twee minuten tot een egaal beslag en bak de pannenkoeken vervolgens aan beide kanten goudgeel. Iedereen die deze procedure goed opvolgt, krijgt lekkere luchtige pannenkoeken. Voor een goed resultaat moeten wel de eieren worden toegevoegd. Waarom dat moet, is voor de uitvoerder niet van belang.

Voor het stappenplan is het onderkennen van vormen noodzakelijk en een klein beetje begrip van tijd en plaats. De beslisser moet begrijpen dat het een voor het ander komt. Afwassen van de vaat is moeilijk als vermogen ontbreekt om eerst het warme water in een teil te doen, een scheut afwasmiddel toe te voegen, met de borstel de koppen schoon te maken en als laatste de koppen af te drogen. Het vereist vermogens die we als vanzelfsprekend aannemen, maar soms niet voorhanden zijn. Een stappenplan geeft iemand geen mogelijkheid om af te wijken. De stappen moeten in de juiste volgorde op de voorgeschreven wijze uitgevoerd worden. Afwijkingen leiden tot het niet behalen van het gewenste resultaat. Bij een stappenplan moet alleen de juiste volgtijdelijkheid worden toegepast. Begrip van gebeurtenissen en verbanden is niet vereist.

Soms ligt het stappenplan muurvast, soms is het gemakkelijk te wijzigen. De instructies in het DNA en RNA zijn veel moeilijker te veranderen dan die voor de pannenkoeken. De uitvoerder heeft hier geen boodschap aan. Voor hem staat het stappenplan vast. De onderliggende waarom-vragen die ten grondslag liggen aan het stappenplan hoeft hij niet te beantwoorden.

Vaste procedures maken het leven voor de uitvoerder eenvoudiger. De route naar het doel staat uitgestippeld en is gemakkelijk te bewandelen. Elke keer vooraf nadenken over de route is niet vereist. Dit maakt het voor de hersenen mogelijk om circuits aan te leggen die werken als snelwegen. Dankzij deze snelwegen kan het brein een reeks van beslissingen met grote snelheid en weinig energie uitvoeren. Dit is vooral handig bij het uitvoeren van dezelfde bewegingen.

Gebeurtenisgedreven Reageren op invloeden van buiten af

In een gebeurtenisgedreven besturing zien we in dat externe effecten het resultaat mee bepalen en reageren hierop.
Tijds- en ruimtebesef speelt een doorslaggevende rol bij de analyse van gebeurtenisgedreven besturing. Gebeurtenisgedreven besturing karakteriseert zich door onomkeerbaarheid, onvoorspelbaarheid en improvisatie vermogen.4 Een stappenplan is vereist voor gebeurtenisgedreven besturing. Ontbreekt het stappenplan, dan weten we ook niet of gebeurtenissen het plan beïnvloeden.

Het stappenplan zorgt weliswaar voor grote snelheid en een laag energieverbruik, maar voldoet niet als de omstandigheden opeens veranderen. Bij plotselinge gebeurtenissen biedt het stappenplan niet de mogelijkheid om de beslissingen te nemen die dan nodig zijn. Daarvoor ontwikkelde het brein een aanvullend besturingsmechanisme: gebeurtenisgedreven besturing. Deze besturing geeft veel meer vrijheid om goede beslissingen te nemen in specifieke omstandigheden: ren bij een bosbrand vandaan, spring aan de kant als de steen van de helling rolt, grijp de prooi als die toevallig langs komt, enzovoorts. Het aantal mogelijkheden is vrijwel oneindig.

Zodra dieren en mensen kunnen waarnemen en bewegen, benutten ze bovenop het stappenplan het gebeurtenisgedreven besturingsmechanisme. In tegenstelling tot het stappenplan in het DNA nemen ze beslissingen tijdens het leven zelf. Een beweging, een actie, volgt zodra zich een bepaalde gebeurtenis voordoet. Zodra een levensvorm zich kan verplaatsen, is gebeurtenisgedreven besturing noodzakelijk om te overleven.

Goede zintuigen in combinatie met een goed bewegingsapparaat zijn hierbij onmisbaar. Hoe beter de waarneming en hoe sneller de reactie, hoe groter de kans op succes. Het is in de gebeurtenisgedreven besturing nodig om naast de vormen voorvallen te onderkennen. Dit lijkt simpel, maar vereist wel begrip van tijd en plaats. Gebeurtenissen zijn verschijnselen of acties die vooraf niet (volledig) te voorspellen zijn. Gaat het vanmiddag regen of schijnt de zon? Is het eb of vloed? Breekt het glas als het op de grond valt? Valt het roofdier aan, of loopt het weg? Kernpunt is dat vooraf het exacte tijdstip en de precieze plaats onzeker zijn.

Bij een gebeurtenisgedreven mechanisme is het gewenste resultaat afhankelijk van gebeurtenissen die (deels) buiten de beïnvloedingssfeer van de beslisser liggen. Alleen door te reageren op voorvallen is resultaat te behalen. Gebeurtenissen krijgen vaak voorrang op het stappenplan. Het is warm weer. We gaan naar het zwembad, kleden ons om en springen in het bad (stappenplan). Totdat het gaat onweren. Dan stoppen we met zwemmen (gebeurtenisgedreven).

Routezoekend: alternatieven opsporen

In een routezoekende besturing begrijpen we dat een resultaat op verschillende manier bereikt kan worden. Routes beschrijven de opeenvolging van activiteiten om een gekozen doel te bereiken. We proberen bijvoorbeeld naar de overkant van de rivier te gaan. We kunnen zwemmen, een doorwaadbare plaats zoeken of een vlot bouwen. Drie verschillende routes om aan de overkant te komen met elk hun eigen voor- en nadelen. Het zoeken van routes combineert meerdere alternatieven gebeurtenissen en selecteert de beste oplossing. We kunnen de gehele route te overzien en vanuit het doel terugredeneren om een route af te leiden.
Beheersing van gebeurtenisgedreven besturing is vereist voor routezoekende besturing.

Soms is zelfs het snel reageren op gebeurtenissen te traag. Ziet de zebra de naderbij sluipende leeuw door het hoge struikgewas te laat, dan redt zelfs de snelste reactie de zebra niet meer. Succes is dan alleen nog te halen door het gedrag van de ander te voorspellen en daar op in te spelen. Dieren en mensen die op basis van eerdere ervaringen gebeurtenissen voorspellen, krijgen een voorsprong. Zebra's gaan voorspellen dat leeuwen jagen bij zonsopkomst en zonsondergang, nooit op het heetst van de dag. Deze voorspelling vereist aanvullende hersenstructuren om routes te kiezen naar een gekozen doel. De zebra moet drinken aan de waterplas. De route ernaartoe en het tijdstip zijn echter afhankelijk van de omstandigheden. Een jagende leeuw leidt bij de zebra tot een andere beslissing dan een slapende leeuw. De regels zijn bekend, de feiten – op basis van ervaringen – zijn beschikbaar, maar de precieze weg naar het doel is nog niet bepaald. Staat de leeuw aan de overkant van de rivier, doe dan niets, ook al is de afstand maar vijftig meter. De beste weg naar het doel verschilt zo van plaats tot plaats en van tijd tot tijd. Zo ontstaat een derde besturingsmechanisme: het zelf zoeken van de beste route naar een doel, oftewel: routezoekend. De routezoekende besturing biedt meer vrijheid dan de combinatie van een stappenplan met gebeurtenisgedreven besturing. Bij het routezoekend besturingsmechanisme is het doel duidelijk en kan een levensvorm de route ernaartoe zelf bepalen. Als het niet linksom kan, dan maar rechtsom. Binnen de grenzen die het leven oplegt — een levensvorm kan bijvoorbeeld niet beslissen om jonger te worden — geeft dit maximale vrijheid om het levensdoel te bereiken. Deze vrijheid geeft mensen de gelegenheid in vele situaties te overleven; in woestijnen, op bergen, in moerassen, op zeeën, op ijsvlakten, overal waar voedsel is. Bovenop het stappenplan en gebeurtenisgedreven besturing benutten dieren en mensen ook routezoekende besturing.

Bij het nemen van routezoekende beslissingen moet de beslisser zowel kennis hebben van vormen, gebeurtenissen als van verbanden. Zonder verbanden zijn de routes niet samen te stellen. We willen naar de overkant van de rivier. Hoe komen we daar? Gaan we zwemmen? Bouwen we een vlot? Zoeken we een doorwaadbare plaats? Een beslisser weegt alle opties tegen elkaar door de gevolgen op een rij te zetten. Blijft de bagage drijven als we gaan zwemmen? Kernpunt is dat de beslisser een voorspelling doet over de beste manier om het doel te bereiken.

Een beslisser met alle vrijheden kan natuurlijk alleen een stappenplan toepassen. Dat is handig om snel, doeltreffend en doelmatig beslissingen te nemen. Hetzelfde geldt voor de gebeurtenisgedreven besturing. Het beheersen van het stappenplan en de gebeurtenisgedreven besturing is een voorwaarde voor het leren van de routezoekende besturing. Zonder de vrijheid om verbanden te begrijpen en toe te passen kan een beslisser de werkelijkheid niet analyseren en geen oorzakelijk relaties tussen gebeurtenissen afleiden.

De besturingsmechanismen bepalen in grote mate het succes van een levensvorm. Hoe groter het aanpassingsvermogen, hoe groter de kans op overleven. Een stappenplan is een mooi begin, maar leidt tot de ondergang als de omstandigheden te snel veranderen. Een gebeurtenisgedreven systeem ondervangt deze traagheid door meteen in actie te komen. Het systeem staat in de ruststand, totdat specifieke informatie aanspoort tot handelen. Ook dit is vaak nog te traag. Door op basis van voorspellingen vooraf de juiste route te kiezen, wordt de kans op succes groter.

Comments