Theme 2: Perception, action, and decision making

Moleculen en cellen

Hoe leert het brein voorspellen wanneer iets waarschijnlijk gaat gebeuren?

Devika Narain en haar team onderzochten deze vraag door naar de netwerken in de kleine hersenen (het cerebellum) te kijken tijdens een leertaak met muizen, waarbij timing centraal stond. De dieren leerden dat er op verschillende momenten na een lichtsignaal een pufje lucht kon komen, gebaseerd op specifieke kansverdelingen. Het moment waarop de muizen anticipeerden door met hun ogen te knipperen, paste zich aan deze patronen aan. Dit laat zien dat het brein niet alleen vertrouwt op één verwacht moment, maar inspeelt op de bredere onzekerheid in de omgeving.

Het team (DCN) ontdekte dat deze opgebouwde kennis ligt opgeslagen in de Purkinje-cellen van de hersenschors van de kleine hersenen — de belangrijkste signaalgevers van dit netwerk. Zowel de eenvoudige als de complexe signaalactiviteit (spikes) van deze cellen weerspiegelden de aangeleerde tijdspatronen. Wanneer de onderzoekers de activiteit van deze Purkinje-cellen gericht verstoorden met optogenetica, verdwenen de voorspellende oogknipperreacties, terwijl de automatische reflexen intact bleven. Computermodellen lieten vervolgens zien hoe de aanpassingsvermogens (plasticiteit) van deze netwerken het brein in staat stellen om kansverdelingen in de loop van de tijd op te nemen. Alles bij elkaar laten deze resultaten zien hoe neurale netwerken patronen uit de buitenwereld aanleren en gebruiken als voorkennis om voorspellingen te doen — een cruciale brug tussen celmechanismen en Bayesiaanse theorieën over hoe ons brein werkt.

Individuen

Voorspellende informatieverwerking in alledaagse situaties

Het voorspellend brein is een basisprincipe van onze hersenen: we nemen de wereld waar op basis van verwachtingen over wat we gaan zien of horen. Waar dit proces traditioneel wordt onderzocht met sterk vereenvoudigde tests, laat recent onderzoek van de groep van Marius Peelen (DCC) zien hoe deze voorspellingen werken in natuurlijke, alledaagse omgevingen. In zulke situaties kun je het uiterlijk van een object namelijk vaak al afleiden uit de context van de omgeving.

Met behulp van realistisch beeldmateriaal en fMRI-scans onderzochten drie aanvullende studies hoe de visuele cortex objecten verwerkt op basis van deze omgevingscontext. Zo liet het eerste onderzoek zien dat de activiteit in de visuele cortex tijdens het voorbereiden van een zoektaak al de verwachte grootte weerspiegelde van een doelobject dat nog niet eens zichtbaar was. In het tweede experiment ontdekten de onderzoekers dat de visuele cortex vooral de objecten in kaart bracht die betrouwbaar de locatie van het uiteindelijke zoekobject voorspelden, in plaats van het zoekobject zelf. Tot slot liet het derde onderzoek met dynamische scènes zien dat de visuele cortex zelfs de positie kan inschatten van objecten die volledig aan het zicht zijn onttrokken, puur op basis van de omringende 3D-structuur.

Samen tonen deze resultaten aan dat de visuele cortex actief de grootte, locatie en richting van objecten in alledaagse situaties voorspelt, wat ons helpt om soepel waar te nemen in een dynamische wereld.

Maatschappij

Behandelingen voor angststoornissen vanuit de neurowetenschap

Karin Roelofs en haar onderzoeksgroep bestudeerde hoe inzichten uit fundamenteel hersenonderzoek naar angstgedrag vertaald kunnen worden naar concrete behandelingen voor angststoornissen. Het team liet zien dat een verminderde controle over vermijdingsgedrag bij angstpatiënten samenhangt met een haperende communicatie tussen de prefrontale cortex en het bewegingscentrum in de hersenen (sensorimotorische gebieden).

Op basis van dit inzicht ontwikkelden zij (DCCN en BSI) een techniek voor hersenstimulatie (tACS) op meerdere locaties tegelijk. Dit protocol synchroniseert de hersenactiviteit tussen deze gebieden, wat zorgt voor een betere controle over vermijdingsgedrag bij mensen met ernstige angstklachten. In samenwerking met Pro Persona wordt deze methode nu gecombineerd met blootstellingstherapie voor patiënten.

Daarnaast ontwikkelde de groep een VR-gebaseerde biofeedback-training. Hiermee leren professionals om lichamelijke en automatische angstreacties beter onder controle te houden, met effecten die ook buiten de virtuele wereld merkbaar blijven. Deze training wordt momenteel toegepast bij de Nederlandse politie. Tot slot onderzoekt de groep het gebruik van geluidsgolven (transcraniele ultrasound stimulatie, TUS) op de amygdala om te beïnvloeden hoe angst wordt aangeleerd. Als onderdeel van Karin Roelofs' ERC Advanced Grant (2026–2031) wordt dit TUS-protocol verder ontwikkeld voor klinische toepassingen bij angststoornissen.