Hersenen onder de loep: Optimale informatieverwerking gedecodeerd!

Hersenen onder de loep: Optimale informatieverwerking gedecodeerd!

Op 9 maart 2025 publiceerde de Technische Universiteit van Dresden baanbrekende bevindingen over hoe het menselijk brein werkt in relatie tot informatieverwerking. Uit een onderzoek uitgevoerd in de Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen werd gepubliceerd, legden internationale onderzoeksteams uit Dresden, Tübingen, Parijs en Shanghai uit hoe het brein informatie efficiënt verwerkt en zich flexibel aanpast aan veranderende uitdagingen. Dit nieuwe onderzoek geeft inzicht in de principes van kriticiteit en efficiënte codering, waardoor redundante signalen worden verminderd.

De wetenschappers ontwikkelden een wiskundig model dat neurale netwerken simuleert om de hersenprestaties te bestuderen. Ze voerden een experiment uit waarbij ze het geluidsniveau in de netwerken varieerden. Uit de resultaten bleek dat een gemiddeld geluidsniveau tot maximale prestaties leidt. Een gematigd ruisniveau verbetert de informatieverwerking, terwijl te weinig of te veel ruis de flexibiliteit en efficiëntie schaadt. Deze bevindingen ondersteunen de hypothese dat de hersenen een evenwicht kunnen bereiken tussen precisie en flexibiliteit onder optimale geluidsomstandigheden.

Kritiek in het zenuwstelsel

De conceptualisering van kriticiteit beschrijft een toestand waarin de hersenen optimaal reageren op externe invloeden. Volgens de studie deden zich typische tekenen van kritiek voor, waaronder zogenaamde ‘neurale lawines’. Te veel synchroniciteit tussen neuronen beperkt de flexibiliteit ervan, terwijl chaotische patronen met overmatige ruis de efficiëntie van informatieverwerking kunnen verminderen. Een overmatige orde in de neurale circuits zou kunnen leiden tot psychische stoornissen, een trend die zichtbaar is in de pathogenese van schizofrenie, depressie en obsessief-compulsieve stoornis.

De kennis die uit deze onderzoeken wordt verkregen over het evenwicht in de hersenen zou nieuwe behandelingsopties voor psychische stoornissen kunnen openen. Hyperconnectiviteit bij schizofrenie benadrukt dus chaotische neuronale activiteit, terwijl depressie gebaseerd is op overmatige orde. Deze aspecten van kriticiteit zouden ook het voortouw kunnen nemen bij de ontwikkeling van meer aanpasbare en robuuste kunstmatige-intelligentiesystemen, geïnspireerd door het menselijk brein.

De rol van cognitieve neurowetenschappen

De Christian Albrechts Universiteit in Kiel is ook betrokken bij onderzoek naar neurale informatieverwerking. Hier onderzoeken we hoe biologische informatieverwerking kan worden overgedragen naar technische systemen om energie-efficiënte computerarchitecturen te ontwikkelen. Laatste resultaten, gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten, laten zien dat het menselijk brein in het dagelijks leven ongeveer 25 watt verbruikt, terwijl moderne computers en smartphones aanzienlijk meer energie nodig hebben. De zogenaamde ‘kritische hersenhypothese’ dient als basis om te begrijpen waarom de hersenen het snelst en meest energie-efficiënt werken in een staat van kriticiteit.

De onderzoeksresultaten laten zien dat niet alleen interne mechanismen, maar ook externe invloeden kunnen bijdragen aan de vorming van de kritieke toestand. Deze bevindingen werden bereikt door middel van wiskundige modellering in kunstmatige netwerken die het gedrag van menselijke neurale netwerken nabootsen.

Samenvattend bevorderen diepere inzichten in de kriticiteit van de hersenen niet alleen het begrip van cognitie en geestelijke gezondheid, maar leggen ze ook de basis voor toekomstige ontwikkelingen op het gebied van kunstmatige intelligentie. Voortgezet onderzoek naar deze aspecten zou de aanpak van veel neurologische en psychische aandoeningen radicaal kunnen veranderen.