De elegante experimenten van Sebastiaan Mathôt
Zo sleutelen de hersenen aan je zicht
Licht.
Zon.
Vuur.
Je hebt er natuurlijk niets van gemerkt, maar toen je die drie woordjes las werden je pupillen een héél klein beetje kleiner. Alleen al door te denken aan licht of iets dat met licht te maken heeft, zet processen in je lichaam in werking om je pupillen zo efficiënt mogelijk af te stellen. Die verandering is subtiel, maar onmiskenbaar. En dat, zegt experimenteel psycholoog Sebastiaan Mathôt, is eigenlijk behoorlijk spectaculair.
Hij ontdekte het toen hij een aantal jaren geleden als postdoc werkte in Marseille. Tot dat moment had zijn onderzoek zich geconcentreerd op aandacht en oogbewegingen. Hij wilde weten hoe het oog beelden integreert tot één geheel, bijvoorbeeld als je een snelle beweging maakt. Leuk, interessant onderzoek, maar niet heel vernieuwend.
Mathôt wilde iets voor zichzelf. Iets wat niet iedereen deed, zodat hij nog iets nieuws kon bijdragen aan het veld en verschil kon maken. Maar gemakkelijk is dat niet, zegt hij. ‘Er is al zo verschrikkelijk veel gedaan.’
Volautomatisch
Tot hij op een dataset stuitte waar iets vreemds mee was. Proefpersonen hadden taakjes uitgevoerd waarbij ze soms naar een licht en soms naar een donker vlak keken. Maar er zat iets vreemds in de data. ‘Het leek wel alsof, als de proefpersonen zich voorbereidden om te kijken naar iets lichts, de pupillen al op voorhand kleiner werden. En andersom werden pupillen groter bij iets donkers.’
Zo verschrikkelijk veel onderzoek is al gedaan
Dat kán niet, was Mathôts eerste gedachte. Tot dan toe waren wetenschappers er immers van overtuigd dat je pupillen alleen reflexmatig kunnen reageren. Kijk je naar de zon, dan vernauwen je pupillen tot misschien maar een kwart van de maximale grootte.
Valt de avond, of loop je een donkere kamer in, dan gebeurt het omgekeerde: je pupillen sperren zich open om maar zoveel mogelijk licht op te vangen. Ook als je schrikt, of opgewonden bent, worden je ogen groter om maar zoveel mogelijk details te kunnen opvangen van de omgeving.
Dat gaat dus allemaal volautomatisch. Je kunt je pupillen niet groter maken, of kleiner. Niet zoals je je spieren opdracht kunt geven om harder te knijpen, of juist zachtjes aan te raken. Die reactie van je pupillen, dat is een domme, automatische reflex. En toch wezen deze data op iets heel anders. Deze data suggereerden dat er iets gebeurde in de hersenen, waardoor de pupillen al reageerden op de verwáchting van licht of donker.
Puzzelstukje
Hij dook er verder in, deed eens een simpel experimentje, en hij vond het effect opnieuw. ‘Ik deed het weer, in verschillende settings. Als je alleen maar je aandacht op iets lichts richt, wordt je pupil ook kleiner. Als je je een voorstelling maakt van iets lichts, of als je een woord leest dat geassocieerd wordt met licht, al die dingen maken je pupil kleiner.’
Je optimaliseert je ogen voor een bepaalde taak
Het effect was robuust en een schoolvoorbeeld van het simpele, elegante onderzoek waar hij zo van houdt. ‘Daar haal ik het meeste plezier uit’, zegt hij. ‘Er is een stelling: bereiden mensen oogbewegingen voor? Er is een simpele test, met duidelijke taakjes. Je gaat meten. En dan heb je iets ontdekt, een nieuw puzzelstukje.’
Maar het riep ook nieuwe vragen op. Immers: dat groter en kleiner worden van je pupillen heeft effecten die vergelijkbaar zijn met het diafragma van je camera. Bij een kleine pupil wordt je beeld scherper en kun je beter focussen. Bij een grotere pupil wordt je zicht gevoeliger, waardoor je vage schaduwen beter kunt waarnemen. ‘Ik vermoed dat je met het aanpassen van de pupil je ogen optimaliseert voor een bepaalde taak.’
Hoe groot is dat effect? Hoe steekt het precies in elkaar? En zien we het echt alleen bij de ogen, of ook bij andere zintuigen?
Sensory tuning
Het was het begin van zijn zoektocht op het gebied van sensory tuning, de term die hij bedacht voor de stelling dat onze zintuigen actieve organen zijn die op een fijnmazige manier door de hersenen worden aangestuurd. ‘Hoe flexibel zijn je hersenen nu eigenlijk in het tweaken van je zintuigen’, wil hij weten. ‘Hoe vast zijn de regels eigenlijk?’ En nu hij een VIDI-beurs kreeg van 800.000 euro van onderzoeksfinancier NWO, kan hij daar echt handen en voeten aan geven.
Opnieuw kiest hij voor de ‘simpele en elegante’ aanpak waar hij zo van houdt. Heldere hypotheses, eenvoudige experimenten die een duidelijke, open vraag moeten beantwoorden. Zo zal hij aan de ene kant proefpersonen taakjes laten uitvoeren, waarbij ze ofwel heel gefocust moeten zijn, ofwel juist meer baat hebben bij een wat breder blikveld. Vervolgens meet Mathôt dan de pupilgrootte om te zien of die zich aanpast op het taakje.
Met een optelsom van kleine dingetjes kun je verschil maken
Maar misschien nog wel interessanter is de tweede tak van het onderzoek. Daarin maakt hij gebruik van een fMRI-scanner, een variant op de gewone hersenscan. ‘We weten dat mensen die een tijdlang naar een blauwe stimulus hebben gekeken, nog een tijdlang daarna een kleinere pupil hebben. Voor mensen die naar een rode stimulus kijken geldt juist het omgekeerde’, zegt hij.
Mathôt wil zo de pupilgrootte manipuleren bij proefpersonen om ze daarna in een fMRI-scanner opnieuw deze taakjes te laten uitvoeren. Vervolgens kijkt hij dan hoe de visuele informatie wordt verwerkt in de hersenen. ‘Als mensen iets beter kunnen waarnemen, is dat natuurlijk duidelijker te zien op een fMRI-scan’, legt Mathôt uit. ‘Maar ik wil ook weten op welk niveau van de hersenen die informatie verwerkt wordt. Zie je dat met name in het begin? Als de prikkel net binnenkomt? Of in het begin een beetje, maar escaleert die informatie – dus dat je ziet dat de prikkel steeds sterker wordt naarmate hij verder wordt verwerkt.’
Gehoor
Vervolgens wil Mathôt het kunstje herhalen, maar dan met het gehoor. Want ook je oren blijken zich aan te kunnen passen aan omstandigheden. ‘De acoustic reflex is een reflex waarbij een spiertje in het middenoor zich aanspant bij harde geluiden. Daardoor worden lage frequenties uitgefilterd en kun je schade aan het trommelvlies voorkomen’, zegt hij.
Het spiertje spant zich ook aan als je zelf gaat praten, om de trillingen door je kaak en schedel uit te filteren, zodat je een gesprek beter kunt volgen. ‘Het is heel interessant om te kijken in hoeverre ook hier sprake is van subtiele controle’, zegt Mathôt. En dat gebied ligt nog volledig open. Want waar naar visuele reflexen al bakken onderzoek is gedaan door psychologen, bleef de acoustic reflex het gebied van medici die zich voornamelijk bezighielden met gehoorschade.
Als hij ook hier sensory tuning kan vinden, zegt hij, dan is dat een aanwijzing dat de hersenen inderdaad op veel meer vlakken onze zintuiglijke waarneming beïnvloeden. En als we dát weten, dan kunnen we die kennis weer gebruiken om cochleaire en visuele protheses te verbeteren, om maar eens iets te noemen.
Toegegeven, dat is verre toekomstmuziek. En – hoe graag NWO ook wil weten wat de maatschappelijke impact van zijn onderzoek is – dat is ook niet waarom hij het wil weten. ‘Ik geloof in goed, innovatief onderzoek. In de optelsom van kleine dingetjes. Dat is de manier waarop je verschil kunt maken.’