Het standaardmodusnetwerk is actief tijdens rusttoestanden
Kun je je voorstellen hoe belastend het zou zijn om echt na te denken over elke kleine actie waar je elke dag mee bezig bent?
Gelukkig dwalen onze gedachten af en we dagdromen terwijl we routinetaken doen, zoals naar het werk rijden, douchen of de planten water geven. Interessant is dat hetzelfde deel van de hersenen is gekoppeld aan zowel dagdromen als een op het geheugen gebaseerde automatische piloot: het standaardmodusnetwerk (DMN).
Bovendien laat nieuw onderzoek zien dat de DMN een integrale rol speelt in de modus van de automatische piloot.
Het standaardmodusnetwerk
Het DMN, oftewel "daydreaming network", is verspreid over verschillende, onderling verbonden delen van de cortex, inclusief de frontale, pariëtale en temporale lobben. De cortex is de buitenste laag van de hersenen .
Meer specifiek is de DMN verdeeld in drie hoofdonderverdelingen:
- De prefrontale cortex van de ventrale media
- De dorsale mediale prefrontale cortex
- De achterste cingulated cortex en aangrenzende precuneus plus de laterale pariëtale cortex (dwz Brodmann gebied 39)
De entorhinale cortex is ook gebonden aan de DMN.
Belangrijk is dat de prefrontale cortex zich aan de voorkant van de hersenen bevindt en complexe gedachten, gedrag en emoties reguleert.
Zoals met veel dingen in de wetenschap, was de ontdekking van de DMN toevalstreffer. In 1997, gebruikmakend van positron-emissie tomografie, vonden een type van hersenafbeeldingsonderzoek, Shulman en collega's dat vergeleken met een rusttoestand, de bloedstroom over een constellatie van hersengebieden was verminderd terwijl een nieuw, niet-zelfrefererend, doel werd uitgevoerd gerichte taken.
Merk op dat afname van de bloedstroom in deze hersengebieden verminderde activiteit betekent.
In 2001 hebben Raichle en collega's de volgende cruciale stap gezet om te bepalen dat deze activiteitsdalingen geen toevalstreffer waren ... dat ze geen activeringen waren in de rusttoestand veroorzaakt door experimenteel ongecontroleerde gedachten.
In een recensieartikel uit 2015 getiteld "The Brain's Default Mode Network", schrijft Raichle het volgende:
We gebruikten positron emissie tomografie (PET) metingen van regionale bloedstroom en zuurstofconsumptie om aan de hand van vastgestelde metabole criteria voor activering aan te tonen dat gebieden die consistent activiteitsverlagingen vertonen tijdens taakprestaties niet werden geactiveerd in de rusttoestand. Ons artikel had de titel 'Een standaardmodus voor hersenfuncties'. We concludeerden dat de hersengebieden waarvan werd vastgesteld dat deze hun activiteit verminderden tijdens aandachtsvolle, doelgerichte taken niet in de rusttoestand werden geactiveerd, maar veeleer een aanwijzing waren voor een tot nu toe niet-erkende organisatie binnen de intrinsieke of doorgaande activiteit van de hersenen.
Tegen 2015 had de ontdekking van de DMN bijna 3000 artikelen over het onderwerp uitgelokt. We hebben geleerd dat de DMN het meest actief is wanneer mensen met hun gedachten alleen gelaten worden of automatische, reflexieve, aangeleerde gedragingen onder specifieke omstandigheden in stabiele omgevingen uitvoeren, zoals een film kijken of een auto besturen langs een bekende route. Deze omgevingen zijn ontwakende rusttoestanden wanneer een persoon niet gefocust is op de buitenwereld. Omgekeerd, in experimentele omgevingen die doordacht en cognitief belast zijn, zoals het uitzoeken van een puzzel, is de DMN minder actief.
De vele rollen van de DMN worden nog steeds opgehelderd. Het DMN is gekoppeld aan episodisch geheugen en geheugenconsolidatie, evenals aan sociale en zelfgerelateerde processen. Het DMN is ook verbonden met nadenken over de toekomst, herinneringen ophalen aan het verleden en creativiteit. Volgens Raichle hebben studies bij de mens aangetoond dat de DMN "processen op gang brengt die de emotionele verwerking (VMPC), zelfreflecterende mentale activiteit (DMPC) en de herinnering aan eerdere ervaringen ondersteunen."
In een studie van 2009 gepubliceerd in Human Brain Mapping , schrijven Uddin en co-auteurs het volgende over de DMN: "Hoewel het mogelijk is dat een uitgebreide theorie zal ontstaan die het vermogen van het netwerk om zo'n uiteenlopende reeks van functies te ondersteunen, verklaart, is de grotere waarschijnlijkheid dat het standaardmodusnetwerk bestaat uit functioneel differentieerbare onderverdelingen of subnetwerken. "
Interessant is dat tijdens DMD-activiteit de DMN-activiteit afneemt. Deze bevinding is logisch, omdat meditatie een tijd is van een afnemende zelfreflectie en gedachtenoverwegingen. Tijdens meditatie concentreert een persoon zich op de directe ervaring en verschuift de aandacht van afleidingen.
DMN en Autopilot
De DMN werd voor het eerst voorgesteld als informatie die in grote lijnen in iemands externe en interne omgeving ontstaat. Omdat de DMN voor het eerst werd geïdentificeerd tijdens de rusttoestand, is het verleidelijk om te denken dat de DMN alleen verantwoordelijk is voor dagdromen, dwaalleer en spontane gedachten. Spontane cognitie omvat vaak gedachten over het verleden en de toekomst, die ook in de smaak vallen bij de waargenomen rol van de DMN. Het DMN speelt echter een veel fundamentelere rol in het bewustzijn.
In een onderzoek uit 2017 met de titel 'Betalingen in standaardmodus voor geautomatiseerde informatieverwerking', vinden Vatansever en co-auteurs dat de DMN de hersenen werkelijk overzet naar een op geheugen gebaseerde autopilot zodra we een taak begrijpen. De auteurs veronderstellen een mogelijk kader voor dit proces.
Vatansever en co-auteurs veronderstellen dat onze hersenen zijn bedraad om voortdurend te anticiperen op externe gebeurtenissen. We zijn constant bezig met het internaliseren van eventuele onregelmatigheden in de omgeving om de basis van onze verwachtingen te vormen. Deze verwachtingen worden vervolgens gebruikt om onze besluitvorming te informeren en milieu-eisen te interpreteren, te voorspellen en ernaar te handelen.
Inderdaad, de intrinsieke activiteit van de hersenen, met name die van de DMN, die een aanzienlijk deel van onze hersenergievoorzieningen gebruikt, wordt gesuggereerd om dergelijke interne modellen van de wereld weer te geven die zouden kunnen helpen bij de interpretatie van onze omgeving. Hoewel een dergelijke voorspellende bewerking mogelijk het algemene mechanisme vormt waarmee de hersenen informatie als een geheel verwerken, is het vermogen van DMN om een gemeenschappelijke werkruimte te bieden voor convergentie van informatie met zijn uitgebreide functionele en structurele verbindingen met de rest van de hersenen en specifiek de toegang tot op geheugen gebaseerde informatie. Deze integratieve capaciteit van de DMN wordt beschouwd als een kenmerk van bewustzijn, waarvan de niveaus eerder zijn geassocieerd met de integriteit van DMN.
In de studie rekruteerden de onderzoekers van de University of Cambridge 28 deelnemers om deel te nemen aan een taak terwijl ze in een functionele MRI-scanner liggen. De deelnemers kregen vier kaarten te zien en vroegen om een doelkaart te koppelen aan deze vier kaarten. De doelkaart kan overeenkomen met kleur, vorm of nummer en de deelnemers moesten de regel voor matching bepalen. De functionele MRI-scanner meet zuurstofniveaus in de hersenen, die dienden als een proxy voor hersenactiviteit.
Er waren twee fasen in deze taak. De eerste fase was een acquisitie waarbij de vrijwilligers regel met regel probeerden te matchen. De tweede fase was een toepassing waarin de vrijwilligers de regel al hadden bedacht en nu toepasten.
De onderzoekers ontdekten dat tijdens de acquisitiefase het dorsale aandachtsnetwerk het meest actief was. Het dorsale aandachtsnetwerk is gekoppeld aan de verwerking van aandachtsvolle informatie. Tijdens de aanvraagfase, toen de deelnemers de regel al kenden en alleen toepasten, was DMN actiever.
De onderzoekers merkten ook op dat hoe sterker de relatie tussen activiteit in de DMN en hersengebieden die betrokken zijn bij het geheugen, zoals de hippocampus, hoe sneller de deelnemers in de toepassingsfase op de taak konden reageren. Deze bevinding suggereert dat tijdens de toepassingsfase de hersenen in het geheugen dompelden en op de taak reageerden met behulp van een regel uit het geheugen.
Het lijkt erop dat de DMN met zijn diverse verbindingen in het brein helpt om een proactief kader in de hersenen te creëren. In gevestigde contexten en tijden van waakzame staten van rust of routine, maakt de DMN op geheugen gebaseerde voorspellingen en stelt ons daarmee in staat om op de automatische piloot te functioneren. Wanneer de DMN echter niet in staat is om de toekomst op een betrouwbare manier te voorspellen, schakelt de automatische piloot over naar de modus "handmatig" en delen van onze hersenen die aandachtige informatie verwerken, nemen de taak over.
Volgens de onderzoekers zou dit door de DMN tot stand gebrachte raamwerk "een zeer belangrijk schavot kunnen zijn om niet alleen de voortdurende activiteit van DMN in stabiele 'rust'-omstandigheden te verklaren, maar ook de bijdrage aan sociale interacties (bijv. Theory of mind, intuition, en stereotypering), een bewust gevoel van zelf, creativiteit en een verscheidenheid aan andere cognitieve domeinen die allemaal het stabiele gebruik van geleerde informatie vereisen voor het voorspellen van de wereld om ons heen. "
Implicaties
Net als de rol van DMN zelf, zijn de implicaties van DMN-onderzoek door Vatansever breed en kunnen we ons helpen situaties als traumatisch hersenletsel beter te begrijpen. Bij traumatisch hersenletsel maken problemen met geheugen en impulsiviteit sociale herintegratie moeilijk. Bovendien kunnen deze bevindingen ons helpen andere soorten psychische aandoeningen beter te begrijpen, waaronder verslaving , depressie en obsessief-compulsieve stoornis . Ten slotte zou dit onderzoek kunnen helpen bij het ophelderen van de mechanismen van anesthetica op de hersenen.
Bottom Line
Sinds de ontdekking bijna 20 jaar geleden, is het DMN een zegen voor wetenschappelijke onderzoekers geweest en heeft het geholpen de manier te hervormen die we denken over de hersenfunctie. Met elk voorbijgaand jaar leren we meer over dit veelzijdige netwerk dat een integrale rol speelt in het bewustzijn. Onderzoek dat zijn rol in de op geheugen gebaseerde autopiloot uitlegt, neemt ons begrip van de DMN een stap verder door te bevestigen dat de DMN niet alleen achtergrondruis is en een belangrijk kanaal voor informatie is.
Tot slot, een beter begrip van de DMN heeft geholpen licht te werpen op de innerlijke ervaring van mens zijn. Overweeg deze beschrijving door Callard en Margulies van een artikel met de titel "Waar we het over hebben wanneer we het hebben over het standaardmodusnetwerk":
Het DMN is opmerkelijk productief geweest door tot nu toe gemarginaliseerde velden en methoden binnen de grenzen van de cognitieve neurowetenschappen te brengen - en door dergelijke invallen leidde het tot nieuwe lijnen van conceptueel en methodologisch onderzoek. Onderwerpen zoals mind-dwalen, voorheen beschouwd als grotendeels buiten het bereik van de cognitieve psychologie, zijn naar voren gekomen als verhitte onderzoeksgebieden. Neuropsychoanalytische onderzoekers hebben gevonden dat het DMN een rijk concept is om formuleringen over psychische energie, psychodynamische concepten van zelf te bevorderen in relatie tot objecten en fantasie.
> Bronnen:
> Callard F, Margulies DS. Waar we over praten als we het hebben over het standaardmodusnetwerk. Front Hum Neurosci. 2014; 8: 619.
> Raichle ML. Het standaardnetwerk van de hersenen. Annu. Rev Neurosci. 2015. 38: 433-47.
> Uddin LQ, et al. Functionele connectiviteit van netwerkcomponenten in standaardmodus: correlatie, anticorrelatie en causaliteit. Hum Brain Mapp. 30 februari 2009, 30 (2): 625-37.
> Vatansever D, Menon DK, Stamatakis EA. Bijdragen in de standaardmodus voor geautomatiseerde informatieverwerking. Proc Natl Acad Sci US A. 2017; pii: 201710521.