31 Het brein als voorspelmachine

31.1 Hoe werkt het brein?

Nadenken over neurobiologie is een uitdagende bezigheid. Het vak bevindt zich volop in de schijnwerpers en begeeft zich op nieuwe terreinen. Veel van de werking van de hersenen is nog niet bekend en de werkingsprincipes staan volop ter discussie. Een overvloed aan ideeën en theorieën beschrijft de opbouw en werking van het brein, zonder dat duidelijk is welke redenering correct is. In afbeelding 32 probeert Karl Friston redeneringen met elkaar in verband te brengen door ze af te beelden in een boomstructuur.⁸⁰

Afbeelding 32: The free-energy principle and other theories.

Elke redenering kent een onderbouwing en is voorzien van een verklaring. De boomstructuur wijst op relaties tussen de verschillende theorieën, maar in werkelijkheid blijkt het niet mogelijk om ze met elkaar in verband te brengen. Sommige redeneringen lijken op basis van logica zelfs onjuist te zijn: als de één geldig is, dan kan de ander niet tegelijkertijd ook waar zijn. Of zijn alle theorieën wel correct en beschrijven ze de werking van de hersenen ieder op een eigen abstractieniveau. De vraag rijst hoe we de juistheid van een theorie kunnen vaststellen. Wat is het ankerpunt voor juistheid?

In de wetenschappelijke zoektocht naar een ankerpunt – wat zijn de basisprincipes van het brein? – komen de begrippen voorspellen en foutcorrectie naar voren. Beide begrippen kennen een lange staat van dienst. Von Helmholtz zag in 1860 al in dat het voorspellen van de werkelijkheid van cruciaal belang is voor de functie van de hersenen. William Ross Ashby, een Engelse psychiater en cyberneticus, vatte een halve eeuw geleden het uiteindelijke nut van het brein samen als: foutcorrectie.

Zijn dit de juiste principes en is het aan de hand van deze twee principes mogelijk een raamwerk te maken dat de bestaande redeneringen in één model combineert?

31.2 Principe van het brein: foutcorrectie

Andy Clark stelt voor om op basis van voorspelling en foutcorrectie een algemeen geldend voorspellend raamwerk samen te stellen door de bestaande theorieën en verklaringen te bundelen⁸¹. De kern van het raamwerk, dat bekend staat onder de naam Free Energy Principle, is dat het brein de eigen voorspellingsfouten minimaliseert door de zintuiglijke indrukken met verwachtingen te laten overeenkomen. Het brein past de verwachtingen aan aan de waarnemingen en de waarnemingen aan de verwachtingen. Het brein structureert de werkelijkheid zo dat de voorspellingen uitkomen, zowel in de realiteit (materieel) als in het bewustzijn (mentaal).

Eenvoudig gezegd beschrijven de voorspellende modellen twee informatiestromen: [1] de voorspellingssignalen die van het brein naar de ledematen stromen (pak een voorwerp), en [2] de foutsignalen van de zintuigen die de afwijking van de voorspelling terugkoppelen naar het brein (greep naast het voorwerp). Minimalisatie van fouten is in het Free Energy Principle de drijvende kracht achter herkennen, afleiden, beslissen, bewegen en leren.

In het Free Energy-raamwerk ligt de werkelijkheid in het brein vast in hiërarchisch opgebouwde modellen. Hoe vaker een model voorkomt, hoe meer het wordt toegepast. Op basis van deze modellen proberen we de foutkans van onze voorspellingen te minimaliseren. De foutkans is een kansinschatting op basis van een persoonlijke overtuiging, een eigen opvatting. In de wiskunde noemen we deze foutkans de 'Bayesiaanse' methode voor bewijsvoering en omgang met onzekerheid.

De idee dat de hersenen actief verklaringen construeren voor zintuiglijke waarnemingen wordt inmiddels algemeen aanvaard.⁸² Voorspellende codering, het schatten van de toekomstige waarde van een signaal op basis van eerdere waarden (predictive coding), beschrijft het best de neurobiologische werking.⁸³ En volgens de laatste algemeen aanvaarde inzichten is de hersenschors hiërarchisch georganiseerd.⁸⁴

Het brein minimaliseert de negatieve uitkomsten zoals verrassingen, voorspellingsfouten of verwachte kosten. Of omgekeerd, het brein maximaliseert de verwachte beloning, het verwachte nut.

Dit raamwerk slaat een brug tussen de drie meest veelbelovende hulpmiddelen om het brein te begrijpen: cognitieve neurowetenschappen, computermodellering en kansberekening.

De krachtige positionering tussen het rationele, de computationele en de neurale is de meest aantrekkelijke eigenschap van dit raamwerk. Het raamwerk biedt het begin van een antwoord op Marr's droom: een systematische aanpak die de niveaus van (in de woorden van Marr) de berekening, het algoritme en de uitvoering behandelt⁸⁵.

Het Free Energy-raamwerk geeft waarschijnlijke nieuwe inzichten in een scala van moeilijk te verklaren verschijnselen, zoals niet-lineaire reacties (non-classical receptive field effects), dominantie van het geheel of delen van een beeld (bi-stable perception), het opbouwen van een samenhangend beeld (cue integration), en de voortdurende situatie afhankelijke reactie van zenuwen (the pervasive context-sensitivity of neuronal response).

Het raamwerk moet uiteindelijk de vraag beantwoorden hoe het bewustzijn werkt. Dit is natuurlijk de moeilijkste en belangrijkste vraag.

Het voorgestelde vrije-energie principe voor adaptieve systemen brengt actie, beleving en leren samen in één uniforme theorie. Dit principe is echter nog niet algemeen geaccepteerd. Verbazing en onzekerheid hangt namelijk af van de agent: wat verrassend is voor de één (bijvoorbeeld een vis is uit het water) hoeft niet verrassend te zijn voor de ander. Biologische agenten moeten op een of andere manier de gemiddelde verrassing minimaliseren. Hoe ze dat moeten doen is nog onduidelijk.

31.3 Tekortkomingen

Helaas kent het vrije-energieprincipe dezelfde fundamentele problemen die het onderzoek naar de informatieverwerking van het brein kenschetsen⁸⁶. Ten eerste heeft de informatietheorie na zestig jaar nog steeds geen plaats gekregen in de biologie. Ten tweede is, ondanks de explosie van kennis over de werking van het zenuwstelsel, weinig vooruitgang geboekt in het begrijpen hoe zenuwen informatie verwerken. En ten derde zijn we het niet met elkaar eens wat de functie, het nut, het uiteindelijke doel van de hersenen is. Het gezaghebbende artikel «Theoretical Neuroscience» van Dayan en Abbott speculeert zelfs niet over de vraag of het brein een algemeen doel heeft⁸⁷. Deze drie tekortkomingen maken duidelijk dat de moderne neurowetenschap onvoldoende gebruik maakt van inzichten van andere disciplines en fundamentele vragenstukken onvoldoende durft te beantwoorden.

Het ontwijken van de fundamentele vragen is terug te voeren op het ontbreken van het concept relatieve waarnemer en het daarvan afgeleide doel. Het huidige paradigma is dat de gehele evolutie geen doel kent, en daardoor ook de individuele levensvorm niet. Ontwikkelingen vinden door toeval plaats en van sturing is geen sprake. Laat staan van een doel. De levensloop staat in grote lijnen vast en kan alleen door toeval over generaties heen veranderen. Het leven is in deze opvatting deterministisch en de functie van de hersenen is het minimaliseren van de voorspellingsfout. Het begrip doel kan in dit denken niet voorkomen in een wetenschappelijk theorie zonder te worden afgeschoten.

Vanuit het brein gezien is dit paradigma echter een foutieve zienswijze. Het brein van dieren of mensen ('agenten' in vaktaal) heeft wel degelijk een doel: het vergroten van de kans om te blijven leven en het leven door te geven. Vanuit het brein gezien is dit het belangrijkste doel. Vanaf een afstand gezien is het een relatief doel, een doel gezien vanuit de ik-waarnemer (zie hoofdstuk 2.3).

Het doel van het brein is afgeleid van het selectiemechanisme in de evolutie: blijven leven. Niets anders is belangrijk. Doodgaan zonder het leven door te geven aan de volgende generatie betekent voor altijd verliezen. Blijven leven betekent voorlopig winnen. Alles wat niet bijdraagt aan dit doel, verdwijnt door selectiedruk. Ook het brein verdwijnt als het geen nut heeft.

Het brein neemt beslissingen die de directe toekomst beïnvloeden. Dieren en mensen kunnen waarnemen, bewegen en voorspellen. Op basis van waarnemingen maken ze een keuze door te voorspellen welke beweging de beste levenskansen biedt. Deze keuzemogelijkheid is de reden dat het brein bestaat. Levensvormen zonder bewegings- en voorspellingseigenschappen, bijvoorbeeld planten en schimmels, hebben geen brein.

Bij het beschrijven van de ontwikkeling van het brein is het concept relatieve waarnemer van doorslaggevend belang. Dit concept geeft de niveaus in de Marr's Tri-Level Hypothese een rangorde. Deze hypothese benoemt drie niveaus waarop neurobiologen naar het brein kunnen kijken:⁸⁸

1. Het fysieke niveau beschrijft hoe het brein informatie vastlegt. Het beschrijft de lichamelijke eigenschappen van onder meer neuronen en synapsen.

2. Het besturingsniveau beschrijft welke beslissingen het brein neemt. (Dit niveau is ruimer dan alleen het algoritmische- of representatieniveau dat volgens David Marr beschrijft welke gegevens het brein vastlegt en bewerkt.)

3. Het doelniveau beschrijft welke problemen het brein oplost en waarom het brein dit doet. Dit niveau noemt David Marr het computionele niveau. Deze term gebruiken we niet, omdat de term eigenlijk alle drie de niveaus beschrijft. Het is een gekunstelde poging het woord doel te vermijden. Inhoudelijk gaat het om hetzelfde niveau.

Welk niveau is het belangrijkst? Stuurt het fysieke niveau de andere niveaus aan of is het doelniveau bovenliggend? Het antwoord is te ontlenen aan het selectiemechanisme dat bepaalt of het brein succesvol is en zich verder kan ontwikkelen. In de evolutie is het selectiemechanisme blijven leven. Al het andere telt niet. Het doelniveau, dat de wat- en waarom-vraag beantwoordt, heeft daarmee prioriteit. Blijven leven en het leven doorgeven is het antwoord op de waarom-vraag. Het lichaam, de drager van de hersenen, is het antwoord op de wat-vraag. De wijze waarop is in de evolutie niet belangrijk. Alle mogelijke oplossingen zijn toegestaan, zolang de levensvorm maar niet uitsterft.
De manier waarop het brein gegevens verwerkt komt op de tweede plaats. Als het doel bekend is, bepaalt de wijze waarop het brein de waarnemingen en bewegingen op elkaar afstemt het overlevingssucces. Het brein kent het doel en moet nog het doel bereiken door beslissingen te nemen en om te zetten in handelingen. Dit vereist een goede besturing van alle activiteiten.
Het fysieke niveau is de drager en geeft de grenzen van de handelingsvrijheid aan. Dit is vanuit het doel gezien een niveau dat optimaal moet werken. Het bied de basis om de handelingsvrijheid te ontwikkelen, maar is nutteloos zonder laag twee en drie. Het draait in het brein om handelingsvrijheid om het doel te bereiken.

Deze rangorde stelt extra eisen aan wetenschappelijk theorieën die de werking van het brein verklaren. Elke verklaring moet uitleggen hoe de enkelvoudige actie werkt en bovendien hoe dit bijdraagt aan het bereiken van het doel van het brein, het voldoen aan het selectiemechanisme van de evolutie. Het is niet voldoende om het verband tussen K en L te beschrijven als dit niet is ingepast in A tot en met Z. Zonder A tot en met Z ontbreekt de norm. Elke uitleg van het verband tussen K en L kan zonder norm voor waar doorgaan zonder dat dit te toetsen is.

De drie tekortkomingen hebben door het Alforto-raamwerk een gefundeerd antwoord gekregen en zijn veranderd in startpunten voor nieuwe onderzoeksrichtingen.

De eerste tekortkoming, het ontbreken van het uiteindelijke doel (de functie, het nut) van de hersenen, is met het doel van het brein vanuit een relatieve waarnemer beantwoord. Het uiteindelijke doel van de hersenen is vanuit de ik-waarnemer gezien het vergroten van de levenskansen door de handelingsvrijheid te vergroten.

Een tweede ernstige tekortkoming in de neurobiologie is het niet toepassen van de informatietheorie. Vrijwel geen enkel artikel bespreekt het omzetten van signalen van zintuigen (gegevens) naar informatie om beslissingen te nemen (gewaarworden). Dit onderscheid tussen gegevens en informatie is fundamenteel in de informatietheorie. Gewaarworden (waarnemen) is het omzetten van gegevens in informatie door betekenis aan de gegevens te geven. Gegevens op zich zijn nutteloos. Waarde ontstaat pas als de gegevens bijdragen aan het nemen van een beslissing. Dan veranderen de gegevens in informatie. Beslissingen zijn vervolgens alleen zinvol als ze een doel dienen. De besturingsmechanismen beschrijven uitgebreid hoe het brein voor elke type beslissing – stappenplan, gebeurtenisgedreven, routezoekend – de informatie afleidt Zie hoofdstuk 3voor de details.

De derde ernstige tekortkoming in de neurobiologie is de weinige vooruitgang in het begrijpen hoe zenuwen informatie verwerken. Hoe zet het brein gegevens over de werkelijkheid om in informatie? Niet de fysieke stroom van stofjes is dan belangrijk, maar de betekenis die ze krijgen. De betekenis is af te leiden van het doel. Met het doel krijgt waarneming een waarde en is af te leiden welke selectie het brein maakt. Vanuit het doel en de besturingsmechanismen is het verband tussen prikkel en beslissing af te leiden.

Deze tekortkomingen zijn door het ontbreken van een doel begrijpbaar. Tussen gegevens-informatie-nut bestaat namelijk een verband. De gegevens dikken we in tot informatie waarop we beslissingen nemen die nuttig zijn. Anders gezegd, we kiezen een doel en dit bepaalt welke informatie nodig is om een beslissing te nemen. De informatie bepaalt vervolgens welke gegevens we moeten waarnemen. Ontbreekt het doel, dan stort de beslissingsketen doel-beslissing-waarneming in elkaar en is het logisch dat de informatietheorie niet toepasbaar is.

31.4 Nieuwe fundamentele vragen

Door het concept relatieve waarnemer en het hiervan afgeleide doel van het brein als uitgangspunt te nemen, zijn de drie ernstige tekortkomingen voor de ontwikkeling van de neurobiologie te ondervangen. Het concept opent de weg om fundamentele vooruitgang te boeken in het beschrijven van de werking van het brein.

Elk antwoord lokt echter nieuwe vragen uit. Ook bij dit onderwerp. Zes nieuwe fundamentele uitdagingen voor de neurobiologie zijn te formuleren door te kijken vanuit het brein. Vragen op het doelniveau beantwoorden we natuurlijk voordat we vragen op besturingsniveau en het fysieke niveau beantwoorden, anders is het doel-middel-verband niet vast te stellen.

Doelniveau

1. Het brein is door de evolutie geoptimaliseerd om te voldoen aan de selectie-eisen van het leven. Welke eisen zijn dit en welke wegen kent het brein om hieraan invulling te geven? In hoofdstuk 31.5 bespreken we de selectie-eisen.

2. Het menselijk brein heeft zich stap voor stap ontwikkeld. Leidt elke ontwikkelingsstap tot andere doelen en daarmee tot andere hersenstructuren? In hoofdstuk 31.6 bespreken we de hiërarchie in de opbouw van het brein.

3. Kent elke hoofdstructuur van het brein een eigen relatieve waarnemer? In hoofdstuk 31.7 komen de relatieve waarnemers aan de orde.

Besturingsniveau

1. Het uiteindelijke doel is een eenheid. Hoe slaagt het brein erin alle afzonderlijke subdoelen te integreren en tegen elkaar af te wegen? Hebben subdoelen in elke situatie een andere prioriteit? In hoofdstuk 31.8 komt de integratie van waarnemingen en besturingslagen aan bod.

2. Hoe zet het brein waarnemingen om in informatie om beslissingen te nemen? Onderdeel van deze vraag is de wijze waarop het brein de afzonderlijke waarnemingen integreert tot een eenheid. Hoe reduceert het brein de vele zintuiglijke indrukken tot een enkelvoudige eenheid? Hoofdstuk 31.9 gaat in op de omzetting van gegevens naar informatie.

3. Kent elk besturingsmechanisme een eigen kansafweging? Hoofdstuk 31.10 bespreekt de afwegingsprincipes.

Fysieke niveau

In dit betoog blijft het fysieke niveau buiten beschouwing, omdat we eerst de vragen op doel- en besturingsniveau eenduidig dienen te beantwoorden voordat we de werkingsdoelen op het fysieke niveau kunnen vaststellen. Bovendien valt het fysieke niveau buiten het kader van dit boek.

31.5 Selectie-eisen van het leven

Het brein is een hulpmiddel om te voldoen de selectie-eisen van het leven. Vanuit een dij-waarnemer zijn de selectie-eisen samen te vatten met: in leven blijven en het leven doorgeven aan de volgende generatie. De wijze waarop is niet belangrijk. Wel het in leven blijven. Dat is het enige wat echt telt.

De grootste bedreiging voor het leven is de voortdurende verandering van de omgeving. De schuivende continenten zorgen bijvoorbeeld dat het klimaat verandert en dat het leven zich moet aanpassen. Zeeën worden woestijnen en omgekeerd. Past het leven niet meer in de nieuwe omgeving, dan sterft het uit.

Het brein is ontstaan uit de noodzaak van de levensvorm om zich aan de veranderende omstandigheden aan te passen. Het lichaam zelf verplaatsen is hiervoor de gemakkelijkste manier. Niet het lichaam past zich aan, maar het bestaande lichaam zoekt een nieuw omgeving. Dit klinkt simpel, maar dat is het niet. Het kunnen bewegen brengt nieuwe kansen en bedreigen met zich mee, zoals nieuw voedsel en op de loer liggende rovers. Kunnen bewegen stelt daardoor nieuwe eisen aan de werking van het brein. Of omgekeerd geformuleerd, het brein geeft de vrijheid om op nieuwe manieren te voldoen aan de selectie-eisen van de evolutie.

Vanuit het brein gezien zijn een aantal richtingen af te leiden die leiden tot grotere overlevingskansen. De eerste oplossingsrichting is het minimaliseren van het energieverbruik in verhouding tot het nut. Hoe minder energie een richting verbruikt, hoe meer energie overblijft om andere oplossingen na te streven. Het minimaliseren van het energieverbruik geldt overigens ook voor de gehele levensvorm.

De tweede richting is het maximaliseren van de snelheid van beslissingen. In het algemeen geldt dat snelle correcte beslissingen grote voordelen hebben boven langzame beslissingen. Zelfs snelle foutieve beslissingen kunnen beter zijn dan correcte langzame beslissingen. Bijvoorbeeld als rovers alleen jagen op de langzaamste soortgenoten. Deze selectiedruk maakt dat snelle beslissers langer leven dan langzame beslissers.
Het maximaliseren van de snelheid is ook mogelijk door taken tegelijkertijd uit te voeren. Door een grote taak op te knippen in kleinere stukken, en elk stuk afzonderlijk op hetzelfde moment te verwerken, kan het brein het uiteindelijke resultaat sneller bepalen. Het brein is daarom geoptimaliseerd om meerdere taken tegelijkertijd uit te voeren.

De richtingen minder energie en meer snelheid vullen elkaar aan. Hoe simpeler de beslissing, hoe minder energie de beslissing kost. Een brein dat standaard oplossingen bedenkt die vliegensvlug zijn uit te voeren, krijgt een voordeel ten opzichte van complexe en daarmee tragere beslissingsprocessen. De principes minder energie en meer snelheid zijn ingebouwd in de werking van het lichaam.

De derde richting is het nemen van succesvolle beslissingen door te abstraheren. Door de werkelijkheid zoveel mogelijk te vereenvoudigen – tot de essentie terug te brengen – kan het brein betere beslissingen nemen. Het brein schenkt alleen aandacht aan zaken die belangrijk zijn voor zijn beslissingen. Deze richting vloeit rechtstreeks voort uit de voorgaande richtingen minder energie en meer snelheid.

De vierde richting is het maximaliseren van samenwerking. Door met elkaar hetzelfde doel na te streven, kunnen alle groepsleden profiteren van de kwaliteiten van individuen. In een groep is de kans om opgegeten te worden bovendien kleiner. Samenwerking vergroot de kans om het doel te bereiken aanzienlijk. Hersenstructuren die voorrang geven aan samenwerking krijgen de kans om zich breder in een populatie te verspreiden. Deze samenwerking kan uiteenlopen van heel simpel, 'volg de leider', tot heel ingewikkeld, zoals bij automoties (voorrang geven aan het eigen nageslacht en emoties). De richting maximaliseer samenwerking is een afgeleide van de richting minimaliseer het eigen energieverbruik.

De vijfde richting is het maximaliseren van alternatieve keuzemogelijkheden. Hoe meer mogelijkheden er zijn, hoe meer kansen een levensvorm heeft om succesvol te zijn. Meer vrijheid geeft kansen die anders verborgen waren gebleven. Het kunnen bewegen is de eerste stap naar vrijheid. Het voortdurend kunnen bedenken van nieuwe oplossingen is een voorlopig hoogtepunt van het maximaliseren van vrijheid. Mensen kunnen al ontsnappen aan de aarde!

De oplossingsrichtingen volgen op elkaar. Een volgende richting is pas te bereiken als het vorige de leven heeft doorgegeven aan de volgende het selectiemechanisme van de evolutie heeft gehaald. Eerst komt werking, dan komt beweging en als laatste voorspellen.

31.6 Hiërarchische lagen

Het brein is hiërarchisch georganiseerd.⁸⁹ Hier is weinig discussie over tussen vakgenoten. De vraag is echter hoe de hiërarchie in het brein precies is georganiseerd en waarom. Laten we beginnen met het waarom.

De opbouw van het brein is af te leiden van de toegepaste besturingsmechanismen (zie hoofdstuk 3). Het eerste besturingsmechanisme is het stappenplan. Dit staat aan de basis van het leven en beschrijft de werking van de hersenstam goed. Afzonderlijke stappenplannen zijn vaak eenvoudig. Combinaties van simpele stappen kunnen leiden tot complexe systemen, zoals de hersenstam laat zien. Het stappenplan garandeert de werking in normale omstandigheden, totdat het levensdoel is vervuld.

Reageren op gebeurtenissen in de omgeving is de tweede reden voor het bestaan van het brein. Het kunnen bewegen en het kunnen waarnemen gaan hand in hand. Coördinatie van waarnemen en bewegen vereiste een nieuwe breinlaag: de kleine hersenen Deze laag minimaliseert de voorspellingsfout bij het bewegen van het eigen lichaam.

De derde laag krijgt vorm in de grote hersenen. Die zoeken de beste route naar het doel met het routezoekend besturingsmechanisme. De grote hersenen voorspellen de toekomst en maximaliseren het verband tussen de eigen rol en het gedachte resultaat: “Door mijn inzet is mijn succes af te dwingen.”

Elke laag borduurt voort op de vorige en voegt nieuwe principes toe, zonder de oude los te laten. Hiernaast neem de complexiteit toe door de hiërarchie tussen verschillende deelstructuren binnen de hersenstructuren. De vraag welke structuur prioriteit krijgt en waarom, verdient nader onderzoek.

Deze prioriteitsvraag is voor een deel te beantwoorden door de wetten van Waarneming toe te passen. Abstracties zijn een hulpmiddel om te voldoen aan de eisen van doeltreffendheid, snelheid en laag energieverbruik die de concurrentiedruk aan een levensvorm oplegt. Hiërarchieën in de abstracties zijn een hulpmiddel om het geheugen te ontlasten. Door informatie te groeperen ontstaan categorieën van begrippen met gelijke kenmerken. Deze informatie hoeft slechts eenmalig onthouden te worden, maar vereist wel twee stappen om te maken: het plaatsen in een categorie en onthouden van het doorslaggevende kenmerk. Het ontlasten van het geheugen schept door de gebruikt van categorieën een hiërarchie van abstracties. Zie hoofdstuk 4 voor de details van dit proces.

Zo kent het brein (minimaal) twee soorten hiërarchie. Een binnen de besturingsmechanismen en daarmee binnen de hersendelen. De ander binnen abstracties. Abstracties zijn zowel nodig in de gebeurtenisgedreven als in het routezoekend besturingsmechanisme. Hoe meer vrijheid het brein zich toe-eigent, hoe groter het abstractievermogen moet zijn.

31.7 Waarnemer per laag?

De derde nieuwe fundamentele vraag is of de drie hoofdstructuren van het brein een eigen type relatieve waarnemer kennen. Kent het brein meerdere posities vanwaaruit het beslissingen neemt, en zo ja, wat is het doel en nut is van deze relatieve waarnemers? Waarom zijn ze belangrijk?

De waarnemerstypen zijn belangrijk, omdat elke waarnemingspositie andere eisen stelt aan het brein. Elke waarnemingspositie is te zien als een panoramadek, een observatietoren.

Het brein kent drie (strikt genomen slechts twee) waarnemingsposities en een vierde is van buitenaf toe te voegen. De eerste relatieve waarnemer «Gij» staat voor de zelfstandige werking van het brein. «Gij» schenkt geen aandacht aan externe gebeurtenissen. «Gij» beschrijft de vastgelegde hersenprocessen die zich zelfstandig afspelen en karakteriseert de werking van de hersenstam.. Het is de basis waarop het brein werkt en komt daarom bij alle dieren en mensen voor. De werking is niet of nauwelijks te beïnvloeden. Iedereen wordt bijvoorbeeld ouder, of we het nu willen of niet.

De tweede relatieve waarnemer is het «ik». Het «ik» is in staat om zelfstandig waar te nemen en op basis hiervan te bewegen. Dit stelt nieuwe eisen aan het brein: het moet prikkels verwerken en omzetten in beslissingen. De kleine hersenen vullen deze nieuwe eisen in.

De derde relatieve waarnemer is het «wij». «Ik» ben vaak in mijn eentje niet in staat om de volgende ronde van het leven te halen. «Ik» moet samenwerken in een groep: het wij-perspectief. Dit perspectief stelt nieuwe eisen aan het brein. Het brein ontwikkelt een derde laag, de grote hersenen, om aan deze eisen te voldoen.

De vierde waarnemer is de objectieve waarnemer, de «dij». Deze waarnemer heeft geen invloed op het brein, omdat het de werkelijkheid niet beïnvloedt. «Gij», «ik» en «wij» verhogen de kans om het leven door te geven. «Dij» wijkt van deze drie af, omdat de waarnemer niet in vlees en bloed bestaat. Het is een denkbeeldige waarnemer. Deze objectieve waarnemer is wel belangrijk. «Dij» staat gelijk aan de wetenschappelijke kennis die de mensheid heeft vergaard en van generatie op generatie overdraagt.

Het brein lijkt vanuit één principe te functioneren. Het concept relatieve waarnemer maakt echter duidelijk dat dit een te simplistische weergave is. Het brein kent minimaal drie relatieve waarnemers die elk eigen werkingsprincipes kennen om de denkprocessen snel en doeltreffend uit te voeren. Dit opent de deur om nieuwe werkingsprincipes van het brein te ontdekken.

31.8 Integratie van waarnemingen en besturingsmechanismen

De volgende vraag is hoe het brein de gegevens van de zintuigen samenvoegt en een samenhangend beeld schept dat de werkelijkheid van de beslisser zo goed mogelijk beschrijft. Welke principes liggen ten grondslag aan het samenvloeien van alle waarnemingen en hiërarchische lagen?

Het brein heeft een doel: het nemen van beslissingen om leven in de toekomst veilig te stellen. Terug redenerend vanuit dit doel schept het brein een samenhangend beeld van de werkelijkheid dat het best aansluit bij de beslissingen die het moet nemen. De samenhang vloeit voort uit de gebeurtenisgedreven en routezoekende besturingsmechanismen. Elk element in het beeld van de werkelijk is van belang om een beslissing te nemen. Elementen die niet belangrijk zijn, hebben geen betekenis en verdwijnen in de abstractie die het brein toepast.

De integratie van lagen vindt plaats door de belangrijkste invloed op beslissingen bovenaan in de abstractie te plaatsen en van daaruit een beslisboom op te zetten. Dit volgt logischerwijs uit de Wetten van Waarning (zie ook hoofdstuk 3.3). De abstractie is afhankelijk van de prioriteiten in de te nemen beslissingen. Voorrang krijgen die beslissingen die toekomstig succes mogelijk maken. Blijven leven die daarin de belangrijkste.

De integratie van lagen ontspoort als het verband tussen de lagen is gebaseerd is op waanbeelden en geen verankering kent met de werkelijkheid. De onjuiste oorzaak-gevolgverbanden leiden dan tot chaos in het hoofd. Het brein voorspelt de werkelijkheid niet meer correct, maar gaat wel elke voorspellingsfout wegredeneren. Dit proces versterkt zichzelf totdat het brein elke grip op de werkelijkheid verliest. We spreken dan van een gedrags- of persoonlijkheidsstoornis.

31.9 Van gegevens naar informatie

Het brein krijgt door de zintuigen een grote hoeveelheid gegevens aangeleverd. Hoe zet het brein deze gegevens om in informatie? Hoe maakt het brein bijvoorbeeld van golflengtes in licht een gelijke kleur, ook al verschillende ze dag en nacht van elkaar? Welke aanknopingspunten kunnen we vinden om een redenatie over de verwerking van gegevens op te zetten en te toetsen?

Informatie heeft nut. Informatie draagt bij aan een beslissing om een doel te realiseren. Vanuit dit startpunt kunnen we verder redeneren. Maar hoe weet het brein wat nuttig is? Dat is afhankelijk van het besturingsmechanisme dat het brein toepast. In het domein werking, dat het stappenplanmechanisme toepast, is geen sprake van de begrippen betekenis, informatie of kennis. Stappenplannen zijn stap voor stap ontstaan door kleine wijzigingen door te voeren. Levensvormen geven alleen succesvolle veranderingen in het stappenplan door aan de volgende generatie. Daarmee voldoen ze aan het selectiemechanisme in de evolutie. Werking is alleen te veranderen over generaties heen.

In de gebeurtenisgedreven besturing is het begrip betekenis wel doorslaggevend. Door een positie in te nemen, kent een dier of een mens een betekenis toe aan alles in zijn omgeving. Dit is veilig, dit is een vijand, dit is voedsel, dit is … Op deze manier leert het brein een beeld te maken van de omgeving. Dit beeld is een vereenvoudiging van de werkelijkheid en daarmee een abstractie. Door de Wetten van Waarneming toe te passen, kan het brein steeds betere beslissingen nemen. Hoe beter de betekenis is begrepen, hoe beter de abstracties zijn, hoe groter de overlevingskans is. Gegevens die niet nuttig zijn, verdwijnen door het toepassen van de Wetten van Waarneming. Wat overblijft, is informatie die bijdraagt aan het nemen van een beslissing. Zelfs bij de eenvoudigste beslissing, het innemen van een positie, is een abstractie vereist. Informatie ontstaat door de werkelijkheid te vereenvoudigen. Informatie bestaat uit ingedikte gegevens die bijdragen aan het nemen van beslissingen.

Bij een routezoekend besturingsmechanisme is de rol van abstracties nog groter dan bij de gebeurtenisgedreven besturing. Bij het zoeken naar alternatieve oplossingen is het begrijpen van verbanden tussen vormen en gebeurtenissen van doorslaggevende betekenis. Verbanden zijn per definitie abstract. Het routezoekend besturingsmechanisme borduurt voort op de gebeurtenisgedreven besturing. Het past dezelfde principes toe om gegevens om te zetten in informatie. Informatie beschrijft het verband tussen gegevens. Het is nuttig omdat het toekomst voorspelt. Verbanden zonder voorspellende waarde dragen niet bij aan het nemen van goede beslissingen en verdwijnen daardoor in de loop van de tijd.

Het antwoord op de vraag wat gegevens omzet in informatie is daarmee het nut. Het mechanisme hierachter is verwoord in de Wetten voor Abstracties. Voor het stappenplan in de werking van een levensvormen betreft het een 'gis en misproces' (trial-and-error), voor gebeurtenisgedreven besturing is het een ervaringsproces (minimalisatie van de voorspellingsfout), en voor routezoekende besturing betreft het een redenatieproces.

31.10 Afwegingsprincipe en kansverdeling

De zesde en laatste fundamentele vraag handelt over de manier waarop het brein omgaat met kansen. Kent elke hersenstructuur een eigen afwegingscriterium? Denkt het brein in elke structuur in andere kansverdelingen?

De meest aangehangen stelling is dat het brein probeert voorspellingsfouten te minimaliseren (The Free Energy Principle). Dit kan echter niet het gehele antwoord zijn. Als het gras beweegt op de savanne en iemand die in dat gras staat moet de oorzaak daarvan voorspellen, dan is een foutieve voorspelling dat een leeuw naderbij sluipt succesvoller dan de foutieve aanname dat een windvlaag de grastoppen beroert. In het eerste geval verspilt de mens energie; in het tweede geval eindigt het leven. In het leven krijgt het lichaam geen tweede kans. Het leeft of leeft niet. Niet de minimalisatie van voorspellingsfouten staat voorop, maar het leven zelf. “To be or not to be, that is the question.” Alle andere vragen zijn een afgeleide van deze vraag. Voor een individu is het leven absoluut en geen relatieve kans.

Vanuit het doel van het brein geredeneerd is de voorspellingsfout daarom niet het belangrijkste criterium. Het doorslaggevende vraag in de strijd om het bestaan is welke beslissing leidt tot verlenging van het leven. Blijven bestaan heeft voorrang op alle andere afwegingen. Het brein bestaat of bestaat niet. Bij de vraag of blijven leven een goede beslissing is, past het brein geen frequentieverdeling toe. Het is per definitie een goede beslissing. Deze beslissing krijgt dan ook voorrang boven alle andere beslissingen. Het brein kent zelfs circuits die het in leven blijven voorrang geven zonder dat dit denkkracht vereist. Raak met een vinger een hete kachel aan en de arm trekt zich terug voordat de pijn voelbaar is.

Het levensdoel gezien vanuit de ik-waarnemer is in leven blijven en het leven doorgeven aan een volgende generatie. Gaat het leven verloren, dan gaat ook het brein verloren. Het leven kent voor een individu geen herhalingsknop. De dood is onherroepelijk. Bij het nemen van beslissingen houdt het brein hier rekening mee. De kans om dood te gaan weegt vele malen zwaarder dan het zetten van een stap op weg naar het levensdoel. Het levensdoel is belangrijker dan de route, de weg ernaartoe. De route is aan te passen, het levensdoel niet. In leven blijven is een vereiste, een route kiezen is een mogelijkheid.

Frequentieverdelingen zijn hierbij van generlei waarde. De vraag of het bewegen van het gras door een leeuw of door een windvlaag wordt veroorzaakt is niet af te doen met een frequentietabel. Zelfs bij een kans van één op duizend per dag dat het een leeuw is, is het leven gemiddeld in minder dan drie jaar over. Dat is een kans die het individu niet wil lopen. Iedereen die dat wel doet, ziet zijn kans op nageslacht vermorzelt tussen de kaken van de leeuw. De eigenschap «nemen van risico» verdwijnt daardoor uit de populatie.

In leven blijven heeft (vrijwel) altijd prioriteit boven alle andere beslissingen. Slechts één uitzondering kent (bij tijden) een hogere prioriteit: de kans op het krijgen van nageslacht, dus het doorgeven van leven.

Dit wil niet zeggen dat we altijd gevaar uit de weg gaan en risicoloos door het leven gaan. Essentieel is dat we kiezen voor het leven. Dat gaat voor alles. Komt het leven in gevaar, dan wegen we mogelijkheden tegen elkaar af om het te behouden. Over een kloof springen is te gevaarlijk, totdat een leeuw nadert. Dan is actie vereist, telt alleen het hier en nu. Wat later komt, is van later zorg. Nu blijven leven, daar gaat het om hoe groot de risico's ook zijn.

Na de basisvraag “Leven of niet leven?” komt het minimaliseren van de voorspellingsfout om de hoek kijken. Minimaliseren van de voorspellingsfout is te begrijpen als het leren van bewegingen. Kijk in een spiegel en probeer een glas dat achter je hoofd staat te pakken. Dat gaat in het begin mis, maar al na enige oefening lukt het. Doe dit elke dag en we doen het met de ogen dicht. Het brein leert snel om de juiste bewegingen te maken. Naar de huidige inzichten is het achterliggende principe de minimalisatie van de voorspellingsfout. Het is elegant, gemakkelijk te begrijpen en voorspelt de werking van de hersenen goed. De Bayesiaanse kansverdeling beschrijft de minimalisatie van de voorspellingsfout uitstekend.

Het brein past bovenop kansverdelingen «wel-niet leven» en «persoonlijke succeskans» nog een derde kansverdeling toe. Deze is af te leiden van de besturingsmechanismen. Wel-niet is een gevolg van werking. Minimalisatie van de voorspellingsfout vloeit voort uit de gebeurtenisgedreven besturing. De derde kansverdeling is te ontlenen aan de routezoekende besturing. Het principe van deze besturing stoelt op het eerste gezicht ook op de minimalisatie van de voorspellingsfout. Kies de goede route en de voorspelling komt uit. Is de route niet correct, pas dan de route aan. Deze strikt rationele benadering ligt voor de hand, maar is te eenvoudig. Bij routezoekende besturing spelen veel meer factoren een rol dan alleen het objectieve nut. Mensen hechten meer belang aan het bereiken van hun eigen levensdoel en de afgeleide persoonlijke ambities, dan aan objectieve kennis. Ze geven in verreweg de meeste situaties voorrang aan het in stand houden van hun autodigma boven het verwerven van nieuwe inzichten. Ook het groepsdigma heeft meestal prioriteit boven objectieve kennis.

De menselijke hersenstructuren zijn (nog) niet geoptimaliseerd om met kennis over doorslaggevende verbanden om te gaan. Dat is begrijpelijk, omdat de hoeveelheid kennis pas vanaf de 17e eeuw is geëxplodeerd. Het bovenliggende principe is daarom niet het minimaliseren van de voorspellingsfout, maar in het maximaliseren van de eigen rol in het bereiken van het levensdoel. Het voorspellen van de toekomst stelt de samenwerking, de status en de identiteit centraal. Dat zijn prima ambities als kennis nauwelijks een rol speelt. Het optimaliseert de route naar het eigen levensdoel. Het derde principe is samen te vatten als het optimaliseren van de Middenweg.

De botsing van de wetenschap met eigen denkbeelden is op dit principe terug te voeren. Het maakt ook duidelijk waarom wetenschappers zich niet kunnen onttrekken aan dit principe, hoe graag ze het ook willen. Haantjesgedrag komt overal voor. Menselijke doelstellingen winnen het vrijwel altijd van pure kennis.

19 Specialisatie in de wetenschap

De wetenschap kent al enige tijd een traditie om binnen de bestaande vakgebieden steeds kleinere, specialistische vakgebieden te selecteren en hieraan nieuwe namen toe te kennen. Voor de kennisdomeinen «fysieke bouwstenen» en «werking van levensvormen» kan dit geen kwaad, omdat de onderzoeksonderwerpen zelfstandig te bestuderen zijn. In het gedragsdomein gaat deze vlieger niet op. Gedrag uit zich als een eenheid en vindt plaats in steeds veranderende situaties die allemaal invloed op elkaar hebben. De opdeling van psychologie in bijvoorbeeld arbeids-, organisatie-, onderwijs-, ontwikkelings- en persoonlijkheidspsychologie of in biologische, culturele en sociale psychologie maakt de bestudering ervan alleen maar ingewikkelder. In de afzonderlijke vakgebieden ontberen de overkoepelende verbanden, waardoor onderzoekers niet in staat zijn om voldoende onderbouwde conclusies te trekken.

Het strikte onderscheid tussen bijvoorbeeld de wetenschapsgebieden psychologie en sociologie is op basis van het Alforto-raamwerk volkomen onzinnig. De groep maakt deel uit van een goede psychologische beschrijving van een persoon. Samenwerking is de basis voor status, identiteit en kennis. Sociologie en psychologie zijn daarmee zo verweven, dat de scheiding van deze twee de ontwikkeling van de vakgebieden belemmert.

De neiging van wetenschappers om zich op een steeds kleiner vakgebied te richten is prima te verdedigen in de domeinen «formele abstracties», «fysieke bouwstenen» en «werking van levensvormen». In de domeinen «gedrag van levensvormen» en «evenwichtssystemen» geldt echter het omgekeerde. In deze domeinen staat een beslissingseenheid zoals het brein centraal. Een wetenschapper moet integraal verklaren hoe de beslissingseenheid tot een conclusie komt, wil zijn werk wetenschappelijk van betekenis zijn.