Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

1. Definities, thema’s en benaderingen binnen de cognitieve neurowetenschap

Inleiding
Het werkveld van cognitieve neurowetenschappen is een redelijk nieuw veld en is ontstaan uit de neurowetenschap, een biomedisch veld, en de cognitieve wetenschap, een veld dat geïnteresseerd is in mentale processen. Binnen de cognitieve wetenschap worden basale functies als perceptie en motorische processen onderzocht, maar ook emoties en gedachten. Om de functie van het brein te onderzoeken wordt van verschillende methoden gebruik gemaakt zoals het onderzoeken van het effect van hersenschade, het monitoren van enkele neuronen of door hersendelen tijdelijk te de-activeren.

Cognitieve functies
Cognitie of cognitieve functies bestaan uit een aantal processen waardoor mensen en andere dieren externe stimuli kunnen waarnemen. Dit wordt gedaan door de aandacht op belangrijke informatie te richten en dit in het geheugen op te slaan, dit leidt uiteindelijk tot gedachten en acties. Sommigen omschrijven cognitie als de processen die worden beïnvloed door de geest, maar dit betreft alleen subjectieve bewuste ervaringen. Omdat cognitieve functies ook op onbewust niveau kunnen functioneren wordt deze term liever niet gebruikt.
Geschiedenis, filosofie en behaviorisme
Filosofen onderzochten cognitie door conclusies te trekken uit introspectie en beredenatie. In de 19^e eeuw onderzochten de eerste wetenschappers cognitie door middel van gedragsobservatie en experimentere manipulatie. Veel van deze methoden worden ook nu nog gebruikt. Aan het begin van de 20^e eeuw ontstond het behaviorisme waarbij de nadruk lag op gecontroleerde experimenten waarin objectieve externe stimuli gekoppeld werden aan meetbaar gedrag. Er werd bijvoorbeeld onderzocht hoe verschillende stimuli het gedrag van individuen kon beïnvloeden. Dit onderzoek werd vaak bij niet menselijke dieren gedaan omdat aangenomen werd dat zij hetzelfde leren als mensen. De bevindingen werden wel gebruikt om toe te passen op menselijke problemen, zoals verslaving. Tot op heden worden bepaalde technieken nog steeds gebruikt, zoals stimulus-respons leren. Ondanks dat behavioristen cognitieve functies negeerden, hebben zij wel de basis gelegd voor een objectieve experimentele benadering binnen de psychologie.
Cognitieve wetenschap
In het midden van de 20^e eeuw vonden opnieuw verschillende ontwikkelingen en inzichten plaats. Zo werd de computer als metafoor voor de geest gebruikt. Miller concludeerde na verschillende onderzoeken dat complexe stimuli worden gehercodeerd in kleinere onderdelen door geheugenprocessen. De visie van de behavioristen werd bekritiseerd, Chomsky stelde bijvoorbeeld dat het behaviorisme de ontwikkeling van taal bij kinderen niet kan verklaren. Er werden cognitieve modellen ontwikkeld om te kunnen verklaren hoe sensorische input tot gedragsmatige output leidt. Bij deze modellen worden psychologische processen en interne ervaringen betrokken. Psychologische constructen zijn onderdelen van cognitieve modellen welke belangrijk zijn voor het verklaren van bepaalde fenomenen, maar zonder te kijken naar oorzaken in het brein.

Neurowetenschap
In de neurowetenschap wordt onderzocht hoe het zenuwstelsel georganiseerd is en hoe deze functioneert. Begin 19^e eeuw was al bekend dat schade aan het cerebellum kan zorgen voor verandering in cognitie. Frenologen maakten een kaart van de schedel waaraan ze verschillende functies en karaktertrekken toeschreven. Deze theorie werd verworpen nadat ontdekt werd dat de vorm van de schedel geen relatie had met de onderliggende structuur van het brein zelf. Wel is belangrijk dat hier de basis is gelegd voor het idee dat verschillende hersendelen betrokken zijn bij verschillende vormen van informatie verwerking: de lokalisatie van functie. Aan het einde van de 19e eeuw werden neuronen ontdekt en werd aangetoond dat cognitieve processen uitgevoerd worden door grote populaties van neuronen. Signalen worden vervoerd langs axonen door middel van actie potentialen. Neurotransmitters worden door neuronen gebruikt om andere cellen te stimuleren, ze worden vrijgegeven door synapsen die zich in de neuronale axonen bevinden. Depressie is een stoornis die zich kenmerkt door neurotransmitter disfunctie.
Cognitieve neurowetenschap
Cognitieve neurowetenschappers koppelen cognitieve processen die gedrag beïnvloeden aan onderliggende hersenfuncties. Een onderdeel van cognitieve neurowetenschap is het relateren van geactiveerde hersendelen aan psychologische processen, al is dit niet alles omvattend. Een studie waarbij hersenactiviteit gemeten werd toonde aan dat aandachtsfilters zowel aan het begin van de verwerking als op latere momenten plaats vind. Ook het onderzoeken van individuele verschillen in cognitie draagt bij aan het begrip van de neuronale basis voor cognitie.
Methoden
Binnen de cognitieve neurowetenschap worden vaak meerdere methoden gebruikt, dit heeft twee voordelen. Convergentie is het combineren van verschillende experimentele onderzoeken om de gevonden resultaten te kunnen versterken. Wanneer de opzet van een onderzoek steeds iets veranderd word maar wel dezelfde resultaten verkrijgt is het meer plausibel dat het gevonden resultaat toe te schrijven is aan de onderzochte variabele dan wanneer één onderzoek dit aangetoond heeft. Een tweede voordeel is complementariteit, hierbij worden verschillende methoden gebruikt die elk net andere informatie geven over hersenfuncties (zie figuur 1.6 op pagina 11). Zo meet functional magnetic resonance imaging (fMRI) bijvoorbeeld bloed en zuurstof levels en single unit recording toont aan hoe neuronen informatie verzenden. Methoden zoals transcranial magnetic stimulation (TMS) kunnen hersenfuncties tijdelijk veranderen en kunnen daarom causale verbanden aantonen. Alle technieken hebben (zoals ook te zien is in figuur 1.6) hun krachten en zwakheden waardoor het combineren van verschillende resultaten voordelig is.

Meta-analyse
Meta-analyses worden gebruikt om informatie van verschillende onderzoeken samen te voegen. Omdat veel onderzoeken binnen de cognitieve wetenschap relatief weinig proefpersonen bevatten verbeterd dit de kracht en precisie van resultaten. Vooral het begrip van de complexe neurale basis van cognitieve functies kan hiermee verbeterd worden. Er bestaan drie benaderingen voor het uitvoeren van meta-analyses. De eerste is een kwalitatieve meta-analyse, hierbij worden eerst studies verzameld die dezelfde cognitieve functies onderzoeken waarna gezocht word naar overeenkomsten tussen resultaten. De tweede benadering is kwantitatieve meta-analyse, hierbij worden fMRI activaties uit verschillende onderzoeken naast elkaar gelegd om de waarschijnlijkheid van deze hersengebieden bij bepaalde functies te onderzoeken. Hiernaast kunnen subtiele functionele verschillen binnen een hersendeel aangetoond worden met deze benadering. De laatste benadering is semantische meta-analyse, hierbij worden onderzoeken gecombineerd aan de hand van onderliggende concepten. De relatie tussen verschillende concepten kan hierdoor gelegd worden, maar complexe cognitieve functies kunnen ook opgedeeld worden in basale cognitieve functies.

De complete samenvatting is verkrijgbaar in het JoHo Center Utrecht.