De neurale basis van structuur in taal Gideon Borensztajn Hallo allemaal, Ik ben Gideon en ik ben net gepromoveerd aan de universiteit van Amsterdam. De titel van mijn proefschrift (dat is het boekje dat ik heb geschreven voor mijn promotie) is “De neurale basis van structuur in taal”. In deze presentatie zal ik in het kort proberen uit te leggen waar het over gaat, zonder moeilijke woorden te gebruiken. De neurale basis van structuur in taal Gideon Borensztajn

Taal en geheugen Hoe leren kinderen om zinnen te maken uit woorden? Een zin is meer dan een verzameling woorden: Daarvoor zijn regels nodig voor het combineren van woorden, die kinderen vanzelf ontdekken als ze leren praten. Het leerproces vindt plaats via geleidelijk proces van organisatie van het geheugen voor taal in de hersenen. wil ijsje een ik Is je opgevallen dat in de titel niet staat “de neurale basis van taal”, maar “de neurale basis van de structuur van taal”? Ik had ook kunnen schrijven “de neurale basis van de structuur van zinnen”. Dat komt/is omdat dit praatje niet gaat over hoe je woorden leert, maar hoe je leert om uit woorden zinnen op te bouwen. “De neurale basis” betekent dat mijn onderzoek erover gaat hoe dit leerproces werkt binnen in de hersenen: neuraal komt van het woord “neuron”, en een neuron is een hersencel. Daarvan heb je er ongeveer 100 miljard in je hersenen. Zoals je kunt zien in het voorbeeld, “wil ijsje een ik”, moet je meer weten dan alleen maar woorden om goed te kunnen spreken. Als je enkel alle woorden weet maar niet de volgorde, dan heb je nog steeds geen begrijpelijke zin. Om de woorden in de goede volgorde te zetten zijn regels nodig voor het combineren van woorden. Dat zijn geen regels die je op school uit een boekje leert, maar regels die kinderen vanzelf ontdekken als ze leren praten (dus nog voordat ze naar school gaan). Hoe ze dat doen, of eigenlijk hoe hun hersenen dat doen, vind ik een heel interessante vraag, want het antwoord geldt niet alleen voor het leren van de regels van taal, maar ook voor het leren van regels voor alle andere dingen die je weet over wat er in de wereld gebeurt! Denk bijvoorbeeld aan regels voor hoe je een spelletje moet spelen, regels voor het zingen van een liedje, regels voor hoe je hoe je je behoort te gedragen in gezelschap. En verder zijn er regels waardoor je begrijpt hoe allerlei dingen in elkaar zitten, zoals de familie-relaties (ooms en tantes), de dagen van de week, waar je alles kunt vinden in je eigen kamer, of in het hele huis, in de straat, de stad en het land waar je woont, wat er in de ijskast zit, hoe een telefoon werkt, enzovoort, enzovoort. Wat het leren zo bijzonder maakt is dat een kind de meeste van deze regels niet leert doordat iemand het hem uitlegt, maar hij ontdekt het vanzelf, doordat in zijn geheugen de dingen langzamerhand op hun plaats vallen. En hoe dit gebeurt kan je heel goed zien (en vooral horen) aan kinderen die voor het eerst leren praten, daarom heb ik mijn onderzoek gedaan over het leren van taal. Het nieuwe idee van mijn onderzoek is dat kinderen taal (en allerlei andere dingen) leren, doordat hun geheugen voor taal geleidelijk aan steeds beter wordt georganiseerd in de hersenen, als een puzzel waarvan de stukjes langzamerhand in elkaar gaan passen. In de volgende slides ga ik uitleggen hoe ik denk dat dat werkt.

Groeperen en combineren Twee dingen nodig voor het leren van regels van taal: GROEPEREN van woorden of zinsdelen die op dezelfde plaats in een zin kunnen voorkomen Jan lust spruitjes Piet houdt van rijstebrij Het konijn eet een blaadje sla COMBINEREN of verbinden van groepen in volgorde Zo krijg je vanzelf enkel goed gevormde zinnen, bijvoorbeeld het konijn houdt van spruitjes Jan Piet het konijn lust houdt van eet spruitjes een blaadje sla rijstebrij Wat is, denk je, de handigste manier om de regels voor het maken van zinnen te onthouden in het geheugen? Ten eerste is het handig als de hersenen woorden, die op dezelfde plaats in een zin kunnen voorkomen, bij elkaar in de buurt zetten in het geheugen, zodat je ze makkelijker kunt vinden. Dat noem ik groeperen. Laten we eens als voorbeeld nemen dat je de volgende 3 zinnen hebt gehoord: Jan lust spruitjes Piet houdt van rijstebrij Het konijn eet een blaadje sla In dat geval maken je hersenen van “Jan”, “Piet” en “het konijn” een groep, en van “lust”, “houdt van” en “eet” maken ze een andere groep (die bestaat uit werkwoorden), en verder maken ze van “spruitjes”, “een blaadje sla” en “rijstebrij” weer een andere groep (van dingen die je kunt eten). Verder moeten je hersenen groepen van woorden met elkaar kunnen combineren, zodat je een goede zin krijgt. Daarvoor moeten verbindingen tussen groepen worden onthouden in het geheugen, en dat moet natuurlijk wel in de goede volgorde van de zin gebeuren. Het is veel slimmer om alleen verbindingen te maken en te onthouden tussen de groepen, en niet tussen alle woorden apart. Dat komt doordat er, als je groepen verbindt, meteen een heleboel zinnen tegelijk in je hoofd zitten, ook zinnen die je nog nooit eerder gehoord hebt! Ga maar na dat er nu in totaal 9 zinnen in je geheugen zitten, waaronder bijvoorbeeld “het konijn houdt van spruitjes”. Je kunt je voorstellen dat als alle woorden van de taal zo netjes zijn gegroepeerd, met de juiste verbindingen tussen de groepen, dat je dan elke zin kunt maken die je maar wilt met alle woorden die je kent, en dat de zin altijd goed is gevormd. Op dat moment heb je dus de regels van taal geleerd, of liever gezegd de “structuur” van de taal, zoals in de titel staat. Sommige zinnen zijn een beetje raar, zoals “het konijn houdt van rijstebrij”, maar toch kun je wel horen dat het volgens de regels een goede zin is.

COMBINEREN tot een bekend geheel Dezelfde principes gelden ook voor de organisatie van het visuele geheugen. GROEPEREN COMBINEREN tot een bekend geheel Of iets nieuws want anders is het geen gezicht Zoals ik al zei, dit praatje gaat eigenlijk niet alleen over het geheugen voor taal, maar over hoe het geheugen werkt in het hele brein, dus ook voor het onthouden van dingen die je gezien hebt (visuele informatie). Ook veel dingen die we zien zijn vaak opgebouwd uit een vast aantal kleinere elementen, net zoals zinnen zijn gemaakt van woorden. Een gezicht is bijvoorbeeld opgebouwd uit twee ogen, een neus en een mond (en oren) in een vast patroon, een tafel is opgebouwd uit 4 poten en een tafelblad, een huis is opgebouwd uit een muur, deuren en ramen, enzovoort. En ook in dat geval is het makkelijker voor ons geheugen om de kleine dingen te onthouden, zoals ogen en neuzen, ramen en deuren, plus combinatie-regels voor hoe die dingen samen een gezicht vormen, of een huis. Net als de woorden van de taal, worden in het visuele geheugen dingen die op elkaar lijken gegroepeerd. In het plaatje zie je groepen voor monden, neuzen, ogen en wenkbrauwen. En net als dat je woorden kunt combineren tot zinnen, kun je ook regels onthouden voor hoe je monden, neuzen en ogen moet combineren tot gezichten, of deuren en ramen tot huizen. Zo kan je niet alleen bekende gezichten onthouden, maar je kunt ook herkennen dat iets een gezicht is zelfs als je het nog nooit eerder gezien hebt (en hetzelfde geldt voor een huis), als het maar volgens de regels is. Maar als je een plaatje ziet, waarin ogen, een neus en een mond niet volgens de bekende regels zijn gecombineerd, dan herken je het niet als een gezicht. volgens de regels

De hersenen Iedereen weet dat het geheugen, met al je herinneringen en alles wat je weet, zich bevindt in de hersenen, maar hoe werkt dat nou precies? Dit is een plaatje van een klein deel van de hersenen. Elk rondje is een andere hersencel, of neuron. (In totaal zijn het er ongeveer 100 miljard, dus ze passen niet allemaal op het plaatje.) Zoals je ziet hebben de neuronen uitsteeksels, die eruitzien als draden, aan de voor- en achterkant, waarmee ze aan elkaar vastzitten in een soort netwerk. Via die draden sturen ze electrische signalen naar elkaar toe, dat is hun manier van met elkaar praten. Als een neuron heel veel electrische signalen ontvangt gaat hij zelf ook vuren (zo heet het als een neuron een electrische puls uitzendt). Het begint vaak bij de zintuigen, zoals je ogen, je oren en je neus. Want ook achter het oog zitten neuronen, die gaan vuren als er licht op valt. En achter je oren zitten neuronen, die vuren als de haartjes in je oor gaan trillen wanneer je een geluid hoort. Zo zetten ze het hele netwerk van neuronen in beweging, die de een na de ander gaan vuren en een electrisch signaal aan elkaar doorgeven, totdat het signaal helemaal achterin je hersenen terecht komt. Onze hersenen bestaan uit een netwerk van hersencellen (neuronen), die electrische signalen naar elkaar zenden via onderlinge verbindingen.

Het geheugen zit in verbindingen tussen neuronen Het geheugen wordt vastgelegd in de verbindingen tussen neuronen. Dat kan doordat er een verstelbaar spleetje (de synaps) tussen de neuronen zit. Als twee neuronen vlak na elkaar vuren wordt hun verbinding sterker gemaakt door het spleetje te verkleinen. WOEF! Als je van dichtbij kijkt zie je dat de neuronen niet helemaal aan elkaar vastgeplakt zitten, maar dat er een spleetje tussen zit. Dat spleetje heet de synaps. Door het spleetje groter of kleiner te maken (bij wijze van spreken) kunnen de hersenen instellen hoe sterk de verbinding tussen twee neuronen is. We denken dat het geheugen wordt opgeslagen in de verbindingen tussen neuronen (wie praat met wie?), en dat bij het opslaan van een herinnering, en bij het leren van nieuwe dingen, nieuwe verbindingen worden gemaakt, of oude verbindingen sterker worden gemaakt. Dat kun je het makkelijkste begrijpen met een voorbeeld: Stel dat de je een neuron hebt, die altijd gaat vuren bij het zien van een hond, en een andere die gaat vuren als hij “woef” hoort. Die twee neuronen hebben in het begin niets met elkaar te maken (ze zitten ook op een andere plek), maar iedere keer als je eerst geblaf hoort en daarna een hond ziet gaat eerst de ene en meteen daarna de andere neuron vuren. Nu werken de hersenen zo, dat als twee neuronen (bijna) tegelijk vuren, ze dan sterker aan elkaar vast gaan zitten, of een hele nieuwe verbinding maken. Nadat er een verbinding is gemaakt tussen de “woef”-neuron en de “ik-zie-een-hond”-neuron, dan gaat iedere keer als de “woef”-neuron vuurt vanzelf meteen de “ik-zie-een-hond”-neuron vuren, zelfs als je de hond nog niet gezien, maar alleen gehoord hebt! Op die manier weet je al dat er een hond aankomt, als je alleen maar “woef” hebt gehoord. Zo onthoud je dat honden blaffen, katten miauwen, enzovoort. En verder onthoud je allerlei andere dingen die tegelijk of vlak na elkaar gebeuren in de wereld door neuronen met elkaar te verbinden, bijvoorbeeld dat wanneer je op de kachel gaat zitten dat je dan je gat brandt (de neuron voor kachel en de neuron voor pijn aan je gat gaan na elkaar vuren), of dat wanneer een glas op de stenen vloer valt dat het dan breekt. Dus eigenlijk kunnen je hersenen door neuronen te verbinden een beetje in de toekomst kijken, en voorspellen wat er straks gaat gebeuren (tenminste, als ze geleerd hebben van wat er vroeger is gebeurd). Dan gaat als de ene neuron vuurt (bijvoorbeeld als hij “woef” hoort) ook meteen de andere neuron vuren waar hij mee is verbonden. Op die manier kunnen de hersenen voorspellen wat er gaat gebeuren, bijvoorbeeld dat er een hond aankomt.

Netwerk van hersencellen Hoe kan zo’n netwerk de regels van taal, en al het andere onthouden wat je geleerd hebt? Dat is de vraag van mijn onderzoek. Om die te kunnen beantwoorden moeten we de biologische details heel erg vereenvoudigen. Dan kun je op de computer een kunstmatig ‘neuraal netwerk’ van de hersenen nabouwen, en simuleren wat er gebeurt wanneer je een zin aan het netwerk aanbiedt. De vorige slide liet zien hoe je in een netwerk van neuronen verbanden tussen twee simpele dingen kunt vastleggen. Maar hoe kan zo’n netwerk de regels van taal, en andere ingewikkelde dingen onthouden die je geleerd hebt? Kortom, hoe is alles wat je weet zo handig georganiseerd in het geheugen (als een soort netwerk), dat je het kunt gebruiken om te praten en te denken? Dat is de vraag van mijn onderzoek. Om die te kunnen beantwoorden moeten we de biologische details van de neuronen heel erg vereenvoudigen. Dan kun je op de computer een kunstmatig `neuraal netwerk’ van de hersenen nabouwen van kunstmatige neuronen, en simuleren (nabootsen) wat er gebeurt wanneer je een voor een de woorden van een zin aan het netwerk geeft, door de neuronen die woorden herkennen een voor een te laten vuren (dat wil zeggen, je doet net alsof ze vuren op de computer). Dat heb ik gedaan voor mijn onderzoek. Ik heb dus niet in de echte hersenen van iemand gekeken, maar ik heb namaak-hersenen geprogrammeerd op de computer. Ik ga jullie niet het computerprogramma uitleggen, want dat is veel te ingewikkeld, alleen het idee dat erachter zit.

Plattegrond van de taal Idee: de hersenen maken een soort plattegrond van de taal. Punten op de kaart zijn geen gebouwen, maar worden onthouden door de hersencellen. Elk punt komt overeen met een woord of zinsdeel. Het belangrijkste idee van mijn onderzoek, dat ik op de computer heb uitgeprobeerd, is dat de hersenen een soort plattegrond maken van de taal. Op deze plattegrond zijn de punten geen gebouwen, maar punten die worden onthouden door de hersencellen. Omdat elke hersencel in het netwerk een ander woord of zinsdeel herkent (en vervolgens gaat vuren), komen de punten op de plattegrond eigenlijk overeen met woorden en zinsdelen.

Cellen vuren als ze woord herkennen Voor elk woord (of zinsdeel) gaat een andere cel(-kolonie) vuren wanneer hij het woord herkent. eet poes spruitjes konijn In het voorbeeld zijn er verschillende neuronen (eigenlijk zijn het kolonies van neuronen) die vuren als ze de woorden “banaan”, “konijn”, “eet”, “spruitjes” of “poes” herkennen. In het begin staan al die neuronen nog dwars door elkaar. Als je nu een zin hoort, bijvoorbeeld “konijn eet spruitjes”, dan gaan de neuronen voor “konijn”, “eet” en “spruitjes” na elkaar vuren (in de goede volgorde). banaan In het begin staan de cellen voor alle woorden dwars door elkaar.

Leren van de plattegrond Langzamerhand leert elke cel zijn plaats op de plattegrond. Iedere keer als een cel (voor een woord) aktief is in een zin verschuift hij een stukje de goede kant op. appel eet peer poes lust banaan konijn spruitjes Nadat de neuronen voor “konijn”, “eet” en “spruitjes” gevuurd hebben in de zin “konijn eet spruitjes” weten de hersenen waar in de zin elke neuron kan voorkomen, en verschuiven de neuronen een stukje de goede kant op. (Om precies te zijn, de neuronen zelf schuiven niet op, want die zitten vast in het netwerk, maar het punt dat is geschreven in het geheugen van een kolonie neuronen schuift op.) Als je meer en meer zinnen hoort, verschuiven de neuronen die woorden herkennen in die zinnen meer en meer naar de goede plaats. Zo leren de hersenen woorden, die op dezelfde plek in een zin kunnen voorkomen, te groeperen op de plattegrond (kijk maar naar het plaatje).  Zo leren de hersenen woorden te groeperen

Zinnen zijn routes door geheugen Zinnen beschrijven routes door de plattegrond van het geheugen, die (groepen) woorden verbinden. Hoe onthoud je de zin? In elke cel die aktief is in de zin wordt permanent een geheugenspoor bewaard. Dit geheugenspoor dient als een soort wegwijzer. eet peer De volgende belangrijke vraag is hoe de hersenen niet alleen woorden en zinsdelen, maar ook hele (of halve) zinnen onthouden. Als de hersenen een zin verwerken stroomt er een electrische signaal tussen de vurende neuronen via hun verbindingen. Dit signaal beschrijft een route door de plattegrond van het geheugen (zie de stippellijn), die (groepen) woorden verbindt. Om de route te onthouden voor later (dus eigenlijk de zin) wordt in elke cel die aktief is in de zin permanent een geheugenspoor bewaard. Dit geheugenspoor dient als een soort wegwijzer, die wijst naar de volgende cel op de route. banaan konijn spruitjes aap

Combineren van stukken van zinnen eet banaan peer konijn spruitjes aap Nu staan er twee wegwijzers bij “eet”: bij de volgende zin kun je kiezen hoe je verder gaat. Zo kan je een stuk van de ene zin vastplakken aan een stuk van de andere zin met je geheugen. Doordat “peer” op hetzelfde adres staat, is “konijn eet peer” ook een goed gevormde zin. Na elke zin worden wegwijzers (eigenlijk geheugensporen) geplaatst bij de vurende cellen, en die blijven daar voor altijd staan. Dus als je na de zin “konijn eet spruitjes” een andere zin hoort, bijvoorbeeld “aap eet banaan”, dan staan er twee wegwijzers bij de cel voor “eet”. Als je daarna nog een zin hoort waar het woord “eet” in voorkomt, dan kun je, als je bij de cel voor “eet” aan bent gekomen, kiezen hoe je de zin verder afmaakt (want er staat een wegwijzer die wijst naar “spruitjes“ en een andere wegwijzer die wijst naar “banaan”.) Bij elke neuron waar een splitsing is (omdat er twee of meer wegwijzers staan) kan je een stuk van de ene zin vastplakken aan een stuk van de andere zin met je geheugen. Zo kan je allerlei nieuwe zinnen maken uit stukjes van oude zinnen. Bovendien wijzen de wegwijzers niet precies, maar ongeveer naar een adres op de plattegrond. Daarom is het zo slim dat de hersenen woorden die op elkaar lijken naar elkaar toe schuiven op de plattegrond: want omdat peer naast spruitjes staat, ligt het op dezelfde route, dus is “konijn eet peer” ook een goed gevormde zin.

Wat kun je doen met je geheugen? Je gebruikt je geheugen om nieuwe zinnen te maken met stukken van oude zinnen. En ook om nieuwe gedachten te bedenken met stukjes van oude gedachten of herinneringen. Want al je herinneringen worden opgeslagen als paden met wegwijzers door het geheugen. Herinnering van verjaardagsfeestje Sommige mensen denken dat je alleen maar een geheugen nodig hebt om allerlei herinneringen van vroeger letterlijk te onthouden, zodat je leuke verhaaltjes kunt vertellen (zoals opa). Dat is wel leuk, maar het is niet de belangrijkste funktie van het geheugen! Je kunt je geheugen ook gebruiken om nieuwe zinnen te maken met behulp van (stukjes van) oude zinnen, en verder om nieuwe gedachten te bedenken (of fantasie-verhalen te verzinnen) door gedeeltes van oude gedachten te combineren. In de vorige slide zag je hoe dat werkt: met geheugensprongen (van de ene naar de andere zin, of gedachte) op punten in de plattegrond waar meerdere wegwijzers staan. Niet alleen zinnen, maar alle herinneringen worden in het geheugen bewaard als paden met wegwijzers langs de dingen waarvan de herinnering gemaakt is. Bijvoorbeeld de herinnering van je verjaardagsfeestje wordt opgeslagen in je hersenen als een pad met wegwijzers langs alle dingen die je aktief hebt meegemaakt tijdens het feestje, zoals het eten van de verjaardagstaart, kadootjes uitpakken, ballonnen, slingers, enzovoort. Als je je later het feestje herinnert volg je hetzelfde pad terug in je geheugen (maar je kunt ook ergens bij een kruispunt in je geheugen een andere weg inslaan, en dan kom je misschien uit bij een ander feestje, of bij een ballonnen-tent op het strand). Alle herinneringen uit je hele leven bij elkaar vormen een soort hele lange draad, die dwars door je hersenen wordt gesponnen, waarbij de neuronen die vuren voor verschillende dingen (zoals ballonnen, taarten, poezen, enzovoort) aan elkaar geregen worden.

Het geheugen is een model van de wereld om je heen Voor elk ding en elke persoon in de wereld bestaan er een of meer neuronen in je geheugen, die gespecialiseerd zijn in het herkennen ervan. Door deze neuronen te organiseren in een plattegrond bouwen je hersenen een model van de wereld. Alles wat je ziet, hoort, ruikt en voelt gebruiken je hersenen als puzzelstukjes om het model te bouwen. Hiermee kun je in je hoofd (in gedachten) dingen uitproberen (afspelen) voordat je ze in het echt doet. Je kunt zo soms voorspellen hoe iets gaat aflopen, en daarom kun je ook plannen maken. Dat is nuttig en belangrijk voor mensen en dieren om te overleven. In de vorige slide zag je dat je dat de paden door het geheugen lopen langs verschillende neuronen, die allemaal gespecialiseerd zijn in het herkennen van iets anders: de een vuurt als hij een taart ziet (of proeft), en de ander vuurt bij het zien van ballonnen, enzovoort. Deze neuronen vuren dus niet, zoals eerst, als ze een woord horen, maar als ze (via je zintuigen) het ding of de persoon die bij het woord hoort zien (of ruiken of voelen). Onderzoekers hebben al heel veel van dit soort speciale neuronen ontdekt, bijvoorbeeld neuronen die alleen vuren als je huizen ziet, of paarden, of je grootmoeder, en zelfs zijn er speciale neuronen voor het herkennen van al je vriendjes en vriendinnetjes. En net als met de taal bouwen je hersenen met behulp van adressen die worden onthouden in deze neuronen langzamerhand een soort plattegrond van alle dingen die je in je leven hebt gezien in je geheugen. Beter gezegd: je hersenen bouwen een model van de hele wereld in je hoofd. Net als een model van een vliegtuig, of een model van een trein met rails en stations, alleen dit model is niet gemaakt van plastic, maar van neuronen. En bovendien bouwen je hersenen het helemaal zelf, zonder dat je het merkt, alleen door goed te kijken en te luisteren. Alles wat je ziet, hoort, ruikt en voelt gebruiken je hersenen als een nieuw puzzelstukje om het model goed in elkaar te zetten. Waarom doen je hersenen dit? Het is heel handig dat je een model van de hele wereld in je geheugen hebt zitten, omdat je dan allerlei dingen kunt uitproberen in je hoofd (alleen door eraan te denken) zonder dat je ze in het echt hoeft te gaan doen. Bijvoorbeeld, je kunt al in je hoofd bedenken dat als je door rood licht rijdt dat je dan een bekeuring krijgt, dus daarom doe je het niet. Of bijvoorbeeld in het model in je hoofd zit dat je een brood alleen kunt kopen bij de bakker, dus daarom ga je niet naar de slager. Het scheelt dus een hoop tijd en moeite als de hele wereld in je hoofd zit, want dan kan je van te voren plannen maken! Zoals ik al vertelde in de vorige slide is de belangrijkste reden dat je een geheugen hebt dus niet om dingen letterlijk te onthouden, maar vooral om in gedachten, met behulp van het model in je hoofd, dingen te kunnen uitproberen, voordat je ze in het echt gaat doen.

Conclusie Samenvatting: Hoe weet je of dit allemaal waar is? Zinnen (en herinneringen) zijn paden (met wegwijzers) langs een plattegrond door het geheugen, die je hersenen zelf langzaam in elkaar zetten uit alles wat ze zien en horen. Nieuwe zinnen worden gemaakt door stukjes van oude zinnen aan elkaar te plakken op kruispunten in de plattegrond. Hoe weet je of dit allemaal waar is? Om echt te bewijzen dat het klopt zou je de plattegrond en de geheugensporen moeten kunnen aanwijzen in de hersenen, en dat is nog nooit iemand gelukt. Een andere manier is om een model van de hersenen na te maken op de computer. Hiermee heb ik mijn ideeën getest op duizenden Engelse zinnen uit de krant, en dat werkte heel goed. Ik zal hier nog even kort de belangrijkste punten van het praatje samenvatten: Zinnen en herinneringen zijn paden (met wegwijzers) op een plattegrond door het geheugen, en die plattegrond maken je hersenen zelf als je nieuwe dingen leert. Bij het leren van taal verschuiven de neuronen voor woorden en zinsdelen langzamerhand naar de goede plaats op de plattegrond. Verder heb ik verteld dat je het geheugen voor taal niet alleen passief gebruikt om zinnen letterlijk te onthouden, maar ook, en vooral aktief, wanneer je nieuwe zinnen maakt met behulp van de plattegrond (of het model) in je hoofd. Dat doe je door stukken van zinnen te combineren, en aan elkaar te plakken op kruispunten op de plattegrond. En hetzelfde doe je wanneer je nieuwe gedachten bedenkt door stukjes van herinneringen aan elkaar te plakken. Hoe weet je nu of dit allemaal waar is? Eerlijk gezegd kan je het niet 100% zeker weten, zolang je niet kunt aanwijzen waar de plattegrond, de wegwijzers (de geheugensporen) en groepen neuronen, die woorden en zinsdelen herkennen, zich in het echt bevinden in de hersenen, en dat is nog nooit iemand gelukt. Het probleem is dat je niet zomaar in iemand zijn hersenen mag prikken om te gaan kijken welke cellen vuren als hij praat. Bij muizen doen ze dat trouwens wel, maar ja, muizen kunnen niet praten. Ten tweede, ook al zou je in iemands hersenen kunnen kijken, dan nog is het ontzettend moeilijk om te begrijpen wat je ziet, want je kunt iemands gedachten niet rechtstreeks meten: het enige wat je ziet is de elektrische aktiviteit van miljarden neuronen. Daarom heb ik een model van de hersenen, zoals ik denk dat ze werken (dus met een plattegrond, enzovoort), nagemaakt op de computer. Vervolgens heb ik dit model getest op duizenden moeilijke Engelse zinnen uit de krant, door de computer te laten uitrekenen uit welke stukken ze zijn opgebouwd, en dat werkte heel goed.

Hoe nu verder? In de toekomst wil ik experimenten doen om te proberen iets te vinden in echte hersenen, dat lijkt op een plattegrond, of op geheugensporen. Met EEG, of met een fMRI-scan kun je zien welk gebied in de hersenen van mensen aktief is wanneer ze praten. Probleem: dat is niet erg precies, en het is moeilijk uit de foto te begrijpen welke processen zich afspelen tussen neuronen. Hebben jullie een beter idee? In de toekomst wil ik wel proberen om uit te zoeken hoe de plattegrond en de wegwijzers (de geheugensporen) er in het echt uitzien in de hersenen (het is in werkelijkheid een stuk ingewikkelder dan zoals ik het heb beschreven), als ze tenminste echt bestaan. Er zijn tegenwoordig allerlei manieren om van buiten, zonder operatie, te kijken wat er binnenin de hersenen gebeurt (ongeveer zoals een röntgenfoto je botten kan zien). Je kunt bijvoorbeeld iemand een muts opzetten met een heleboel elektroden, die elektrische spanningen meten tussen verschillende punten van de schedel, en zo kun je de totale elektrische aktiviteit (het vuren van neuronen) in de hersenen meten (dat heet een electro-encefalogram, of EEG: zie de linkerfiguur). Een andere manier om te zien welke gebieden in de hersenen op een bepaald moment aktief zijn is met een fMRI-scan (dat werkt met magnetische velden, waardoor je zuurstof-atomen kunt zien in het bloed). Dat levert foto’s op zoals in de rechterfiguur, waarin aktieve hersengebieden geel en rood zijn gekleurd. Maar zoals ik al zei is het heel moeilijk om uit zulke foto’s te begrijpen wat er precies gebeurt in de hersenen wanneer we zinnen maken, omdat je niet elk van de neuronen apart kunt zien, maar alleen de aktiviteit van een heleboel (miljoenen) neuronen tegelijk. Om te bewijzen dat mijn theorie over de taal klopt is het waarschijnlijk nodig om een ander, nog slimmer experiment te bedenken. Hebben jullie misschien een idee? Electro-encefalogram (EEG) fMRI scanner resultaat van fMRI scan