Geïnterviewde: Floortje Bouwkamp, Doctoraal onderzoeker aan het Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour in Nederland. (FB)

Interviewer: Maija Tammi Kunstenaar en doctor in de kunst. (MT)

MT: Onderzoeker Bouwkamp, u onderzoekt het voorspellende brein. Wat betekent dat? 
FB: Wetenschappers hebben heel lang gedacht dat de hersenen signalen die binnenkomen passief waarnemen. Bij het gezichtsvermogen bijvoorbeeld was het idee dat zintuiglijke informatie van buitenaf op ons netvlies terechtkomt en naar de achterkant van onze hersenen wordt gestuurd, waar het op een hiërarchische manier wordt verwerkt. De eerste gebieden van onze visuele cortex zijn gevoelig voor oriëntatie en lijnen, en de laatste en meer frontale gebieden zijn gevoelig voor complexere kenmerken zoals kleur of vorm, tot aan objecten, gezichten of hele scènes.

Het idee van het voorspellende brein is heel anders dan het bovenstaande. In plaats van visie te zien als een passief proces, is het actief. Onze hersenen construeren een model van de omgeving. En op basis van dit model maken de hersenen een voorspelling van wat ze denken te zien, in het geval van het gezichtsvermogen. Deze voorspelling kan vervolgens worden vergeleken met de werkelijk binnenkomende signalen, dat wil zeggen de zintuiglijke informatie die met je ogen is geregistreerd. Het verschil tussen het interne model en de binnenkomende signalen wordt een voorspellingsfout genoemd en dit genereert een reactie in de hersenen die we kunnen meten.

Deze voorspelling door de hersenen maakt ons zeer efficiënt in het omgaan met grote hoeveelheden informatie. De hersenen bouwen modellen, filteren wat we al weten en concentreren zich op de nieuwe informatie die niet overeenkomt met het model om een nog beter model te kunnen maken. 

MT: Dus hoe meer we dingen gezien hebben, des te beter de voorspellingen die onze hersenen kunnen maken?
FB: Ja, precies, de voorspellingen zijn gebaseerd op doorleefde ervaringen. Mijn onderzoeksonderwerp is hoe we reeds bestaande kennis gebruiken wanneer we dingen zoeken in onze omgeving. En mensen vinden veel sneller dingen in deze omgevingen als ze, zelfs zonder het te beseffen, al eerder zijn blootgesteld aan de zoekomgevingen. 

MT: Wat gebeurt er als er concurrerende voorspellingen zijn? Als het bijvoorbeeld onduidelijk is wat we zien. Hoe beslissen de hersenen dan wat ze "zien"?
FB: Dit is precies waar de dingen interessant worden. We hebben het interne model en de binnenkomende signalen en ze kunnen een van beide of allebei onzeker zijn. Bij mistig weer kunnen de binnenkomende signalen dubbelzinnig zijn, dus zullen je hersenen meer vertrouwen op hun model, op voorkennis. Als het interne model vaag is, vertrouwen we meer op de binnenkomende signalen, of wat we het perceptuele bewijs noemen.

Als je bijvoorbeeld in een bos bent met mistig weer en je ziet een vorm, dan zul je waarschijnlijk denken dat de vorm een hert is omdat de context een bos is. Maar als je in een stad bent, denk je eerder dat diezelfde vorm een mens is. We gebruiken een voorbeeld in het lab, waar je een paar verschillende versies ziet van een straatscène met een wazige vorm langs de weg of op de weg. Het is altijd precies dezelfde vorm, alleen horizontaal of verticaal gedraaid. Als de vorm horizontaal is en op de weg ligt, zien mensen een auto. En als de vorm verticaal is en langs de weg staat, zien mensen een mens. De context bepaalt dus wat je waarneemt.

MT: Hoe zit het als het verschil tussen het interne model en de binnenkomende signalen erg groot is? Proberen we dan meer informatie te verzamelen om op te lossen wat we precies zien?
FB: Ja, er zijn twee manieren om dit op te lossen. De ene is het interne model veranderen omdat het verkeerd is. De hersenen kunnen het interne model meerdere keren veranderen, zodat het de voorspellingsfout minimaliseert en uiteindelijk tot de beste oplossing komt. Maar als de fout niet kan worden opgelost door het model te veranderen, kan men ook meer monsters nemen. Mensen zullen er bijvoorbeeld langer over doen om beelden te verwerken die voor hen ambigu zijn. Een lid van ons lab, Dr. Lea-Maria Schmitt, laat mensen kunstmatige afbeeldingen zien waarin ze twee dieren combineert, bijvoorbeeld een konijn met een eend. Dit brengt mensen in verwarring en ze moeten meer aandacht besteden en meer informatie verzamelen om af te leiden waar ze naar kijken. In principe duurt het langer als de informatie in de hersenen heen en weer moet reizen, in meerdere iteraties, om de voorspellingsfout op te lossen. Dit wordt iteratieve inferentie genoemd.

MT: In de vroegste tekst over het griezelige (uit 1906) beschrijft Ernst Jentsch het griezelige als iets dat de intellectuele beheersing van onze fysieke omgeving tart. In een van zijn voorbeelden zit je op een boomstam en plotseling begint de stam te bewegen en blijkt het een reusachtige slang te zijn. Waarom is onzekerheid zo'n krachtig gevoel? En kiezen onze hersenen voor de veiligste voorspellingen?
FB: Het doel van de hersenen is om de wereld zo nauwkeurig mogelijk te voorspellen, dus ze houden niet van onzekerheid. Het voorbeeld van de boomwortel is echter een beetje een specifiek geval, omdat dit soort stimulus een bypass/snelle route in onze hersenen triggert in plaats van de normale manier van informatie verwerken, om ons veilig te houden.

Wat ik in het algemeen leuk vind aan het begrip 'unheimisch' is dat het te maken heeft met iets dat 'vreemd vertrouwd' is. Het roept een gevoel van vertrouwdheid op, maar stelt ook de vraag of dit ding deel uitmaakt van onze natuurlijke wereld: of iets bezield is of niet, leeft of niet, buitenaards is of niet. Dit soort dingen daagt ons interne model uit op een manier die de meeste mensen ongemakkelijk vinden. Dit zou inderdaad te maken kunnen hebben met een evolutionaire druk dat het kunnen onderscheiden van bezield en onbezield ons veilig houdt. 

MT: Dat klinkt logisch, en Freud merkte in zijn essay The Uncanny (uit 1919) op dat we weliswaar niet van unheimliche dingen in onze fysieke omgeving houden, maar dat diezelfde dingen in kunst, literatuur en film, bijvoorbeeld wel plezierig kunnen zijn. Maar dit vereist natuurlijk dat de lezer/kijker weet dat hij/zij fysiek veilig is.
FB: Dit volgt ook het Goudlokje-principe. We houden wel van verrassingen, een zekere mate van willekeur of een beetje onzekerheid als het op een gemiddeld niveau is. Veel onzekerheid is ongemakkelijk, maar als dingen volledig voorspelbaar zijn, kunnen ze ook saai zijn. Er is een niche daartussen die ons geïntrigeerd en nieuwsgierig houdt en ons van dingen laat genieten.

MT: Bij MU presenteer ik mijn nieuwe kunstwerk On The Third Day dat bestaat uit een video en een animatie. Helemaal aan het begin van de animatie zijn er gedempte en vervormde geluiden die niet logisch klinken als je ze voor het eerst hoort. Het is onmogelijk om de woorden te verstaan. De woorden zijn "Rennen. Rennen. Luister. Je moet nu ontsnappen." Hoe komt het dat, als je weet wat de woorden zijn, je ze plots heel duidelijk kan horen?
FB: Ik denk dat dit een heel krachtige ervaring is. Wat er gebeurt is dat je eerst de geluiden hoort, maar dat je niet zeker weet waar je mee te maken hebt. Het binnenkomende signaal is superonduidelijk en je hebt ook nog geen context, geen bewegende lippen bijvoorbeeld. Misschien zijn het niet eens woorden, maar gewoon geluiden. Dus daarom kunnen we het signaal niet interpreteren en zitten we met onzekerheid. Maar als je te horen krijgt waar je naar luistert, voeg je kennis toe aan je voorspelling en dan verandert alles. Ik hou van dit voorbeeld omdat het zo duidelijk is dat als je de woorden te horen krijgt, je precies waarneemt wat ze zijn. 

MT: Ik had een eigenaardig probleem met dit deel van het werk. Ik wist wat ik wilde doen met de geluiden voor het begin van de animatie, maar ik kon niet weten of de vervorming van de woorden genoeg was, omdat ik de woorden altijd zelf hoorde. Ik moest het dus testen bij vrienden die niets van het stuk afwisten en hen vragen of ze iets hoorden.
FB: Ja, dat is de last van kennis, toch? Zodra je het weet, kun je het weten van de woorden niet meer ongedaan maken. Dat maakt het erg lastig.

MT: Dit doet me denken aan een goocheltruc waarbij een goochelaar een bal in de lucht gooit en die verdwijnt. Het lijkt echter alsof de goochelaar de bal alleen maar in de lucht gooit en onze hersenen "hallucineren" bij het zien van de bal in de lucht. Is de werking van deze truc gebaseerd op het voorspellend vermogen van onze hersenen?
FB: Ja, zo werkt de truc omdat we gewend zijn een bal op een bepaalde manier te zien bewegen. We anticiperen op de baan van de bal. Als we dat niet deden, zou tennissen bijvoorbeeld helemaal onmogelijk zijn. Dit voorbeeld van een bal heeft te maken met onderzoek in ons lab. We hebben een project waarbij we mensen een bal laten zien die beweegt als stipjes op het scherm. Het is een stip die van plaats verandert en we nemen het waar als beweging. Na dit meerdere keren gezien te hebben, hebben mensen een verwachting van de beweging van de stip. En wanneer we alleen het beginpunt van de beweging laten zien en vervolgens een zwart scherm, is de activiteit in de visuele cortex vergelijkbaar met wanneer we het volledige traject zien. De hersenen "hallucineren" de baan van de stip, omdat ze die verwachten.

MT: Oké, dus we kunnen hallucineren dat een bal beweegt, maar we kunnen ons ook een heleboel andere dingen voorstellen en gebeurtenissen in onze gedachten simuleren. Maar wat is de relatie tussen verbeelding en de voorspellingen van de hersenen? 
FB: Er zijn interessante verbanden tussen de twee, maar ze zijn niet hetzelfde. Ten eerste is de activiteit in de hersenen zwakker wanneer we ons een bal voorstellen dan wanneer we die zien, maar de twee hebben ook een verschillend activiteitsprofiel in de hersenen.

We weten bijvoorbeeld dat wanneer mensen zich een bepaald beeld voorstellen, de activiteit in hun hersenen, vooral in het deel van de hersenen dat te maken heeft met het gezichtsvermogen, erg lijkt op de activiteit wanneer ze het beeld daadwerkelijk zien, vergelijkbaar met het voorbeeld van de bewegende stip, maar niet helemaal. Die gevouwen buitenste laag van je hersenen, de neocortex, heeft lagen. Met geavanceerde MRI-machines kunnen we niet alleen de activiteit in de verschillende hersengebieden meten, maar ook in de verschillende lagen van de neocortex. Als we iets zien, gaat er informatie van de achterkant van onze hersenen naar de voorkant van onze hersenen, en de informatie reist op een specifieke manier door deze lagen. Dit noemen we bottom-up. Maar er is ook een verbindingspatroon in de lagen dat betrekking heeft op de informatie die de andere kant op gaat, wat we top-down noemen. Als we ons bijvoorbeeld iets voorstellen, sturen we activiteit van de voorkant van onze hersenen naar de achterkant van onze hersenen. Dit is logisch, want er komt geen informatie binnen van je netvlies, omdat we er alleen maar aan denken. Wanneer we anticiperen op een beeld, heeft de gerelateerde activiteit hetzelfde laagprofiel als wanneer we ons iets voorstellen. In die zin, als onze voorspellingen ons vragen om echt iets te hallucineren, dan is het net alsof we ons iets voorstellen.

MT: De kunstwerken On The Third Day en Hulda/Lilli bevatten verhalen. Hoe beïnvloedt het vertellen van verhalen onze voorspellingen? 
FB: Als je denkt aan het bouwen van interne modellen, dan zijn die gebaseerd op kennis en verhalen, vertellen genereert context en kennis. Het helpt je een model op te bouwen van de wereld waarmee je te maken hebt. Dit beïnvloedt hoe je verdere informatie waarneemt. 

In ons lab onderzoekt Dr. Eva Berlot dit letterlijk. Ze laat mensen illustraties zien die een verhaal creëren, getoond in een bepaalde volgorde. Ofwel houdt de volgorde van de afbeeldingen het verhaal intact, waardoor het betekenisvol wordt, ofwel is de volgorde vervormd en dus niet betekenisvol. De oogbewegingen van mensen verschillen, ze kijken bijvoorbeeld naar verschillende delen van de afbeelding afhankelijk van of de volgorde zinvol of niet zinvol was. Een verhaal kan dus invloed hebben op strategieën om informatie te verzamelen.     

Ik denk dat kijkers van jouw werk dit in het echt ervaren; de ervaring verandert drastisch afhankelijk van het verhaal dat verteld wordt. Het herinnert ons eraan dat we verre van neutrale, objectieve wezens zijn die de dingen zien "zoals ze zijn". In plaats daarvan geven we actief vorm aan wat we zien en verhalen spelen daarbij een belangrijke rol. 

MT: Ik liet je een testversie zien van de bloemblaadjes die over een zee van kakkerlakken bewogen zonder te vertellen waar je naar keek. Wat waren je eerste gedachten?
FB: Ik zag de videoclip voordat je het woord griezelig noemde, maar achteraf gezien is dat precies hoe ik me voelde, maar niet meteen vanaf het begin. Toen ik de video voor het eerst zag, zag ik alleen die mooie bloemblaadjes. Maar toen zag ik wat bewegingen en dat wekte nieuwsgierigheid op. Nieuwsgierigheid is een belangrijke factor in het verminderen van onzekerheid over de wereld, omdat het ons actief onze omgeving laat verkennen. Op de een of andere manier dacht ik dat er een vrouw onder lag, alsof het een bloemenbad was. Misschien dacht ik dit vanwege de film American Beauty, waarin een man fantaseert over een meisje bedekt met rozenblaadjes. Maar de beweging van de bloemblaadjes was eigenaardig en toen overviel me het unheimliche gevoel. Het deed me denken aan mijn eigen zwangerschap. Een baby voelen bewegen in je buik is prachtig, maar ook heel erg vreemd. Maar toen ik in de video een kleine antenne naar buiten zag gluren, veranderde alles plotseling en besefte ik: "Insecten! Er zitten insecten onder!".

MT: We hebben het gehad over de voorspelbaarheid van het menselijk brein, maar hoe goed zou dit van toepassing zijn op andere soorten? 
FB: Als je mensen ziet als agenten die hun natuurlijke omgeving moeten begrijpen, dan geldt dit niet alleen voor mensen. Ook dieren moeten hun omgeving begrijpen om te overleven. Dus ik denk dat veel van de dingen die we onderzoeken ook voor dieren gelden, maar tegelijkertijd weten we dat de manier waarop het menselijk brein leren heeft geoptimaliseerd heel anders is dan bij andere soorten. Wij zijn meesters in leren. Als we ons vermogen om te leren, te voorspellen en verwachtingen te hebben vergelijken met dat van andere dieren, dan verschillen de vermogens enorm. Mensenbaby's van slechts een paar maanden oud hebben bijvoorbeeld al een idee van de statistische eigenschappen van hun omgeving. Baby's hebben verwachtingen over wat er gaat gebeuren, ze zijn gevoelig voor verrassingen en ze kijken met hun ogen op een manier die onzekerheid vermindert en leren maximaliseert. Dit is niet te vergelijken met wat we van een volwassen aap kunnen verwachten.

MT: De laatste keer dat we elkaar spraken, was de hoofdonderzoeker van uw lab, professor Floris de Lange, ook aanwezig. We spraken over het kleine doosje dat hij in zijn kantoor heeft. Het is een klein doosje met een aan-uitschakelaar en als je de schakelaar op "aan" zet, verschijnt er een vinger die de schakelaar weer op "uit" zet. Zo schakelt het doosje zichzelf op mysterieuze wijze uit. Floris zei dat een student van hem het doosje aan hem had gegeven omdat het lijkt op het menselijk brein. Waarom wil het menselijk brein zichzelf uitschakelen? 
FB: Je kunt dit op twee manieren bekijken. De ene manier is dat ons brein de hele tijd probeert om steeds betere voorspellingen van de wereld te doen en dan de bekende dingen eruit te filteren. Je zou kunnen zeggen dat het doel is dat alles voorspelbaar is, dat we alles begrijpen en dat er dan niets meer is om waar te nemen. Dan schakelen de hersenen als het ware uit. 

Een andere manier om dit te bekijken is dat een van de redenen waarom we denken dat er een voorspellend brein is, is omdat het heel efficiënt is in termen van energieverbruik. Als het brein de wereld voorspelt en het hoeft alleen zijn voorspelling te vergelijken met de binnenkomende signalen, wat betekent dat het brein alleen de voorspellingsfout hoeft te berekenen, dan is dat rekenkundig minder kostbaar dan alles waarnemen en alle informatie berekenen. Maar als dit waar is, dat de hersenen maximaal willen voorspellen en dan zo min mogelijk energie willen spenderen, dan zou je ook kunnen zeggen dat ze eigenlijk liever inactief zijn. Dus dat is een beetje een raar idee. Filosofen hebben de vraag gesteld: als dit waar is, waarom doden we onszelf dan niet? Omdat de doden geen energie verbruiken. 

Om deze vraag te beantwoorden hebben neurowetenschappers een idee geleend uit de thermodynamica, namelijk dat systemen stabiel proberen te zijn en dit doen door de zogenaamde vrije energie te verminderen. Hoe stabieler een systeem is, hoe minder vrije energie er is. Dus, vergelijkbaar met het idee van het verminderen van onzekerheid, is er ook het idee van het verminderen van vrije energie. Als je de hersenen ziet als een systeem dat stabiel wil zijn door vrije energie te reduceren, dan is het antwoord op de vraag van de filosoof dat als iemand zou sterven, er een enorme hoeveelheid vrije energie zou vrijkomen. Daarom doden we onszelf niet en geven we er de voorkeur aan zo stabiel mogelijk te zijn.