Sekseverschillen met betrekking tot brein en breinontwikkeling

Transcriptie

1 Sekseverschillen met betrekking tot brein en breinontwikkeling Auteur: Dick Vrenssen, docent pedagogiek psychologie onderwijskunde, Fontys Hogeschool Kind en Educatie Kijkend naar allerlei initiatieven en activiteiten met betrekking tot het bevorderen van studiesucces van jongens op pabo s valt op dat het leren van mannelijke studenten op pabo s niet of nauwelijks is gerelateerd aan recente inzichten met betrekking tot brein- en breinontwikkeling. Dat is opmerkelijk omdat in de laatste 20 jaar onomstotelijk is vastgesteld dat onze biologie een grote invloed heeft op de wijze waarop wij zintuigelijke informatie verwerken (Jolles, 2012). Een project dat binnen Fontys Hogeschool Kind en Educatie is opgepakt heeft juist deze invalshoek. Centrale vraag binnen dit project is: Op welke wijze kunnen recente inzichten met betrekking tot sekseverschillen in brein en breinontwikkeling van bachelor-studenten worden vertaald naar het dagelijkse handelen van docenten en begeleiders van FHKE, locatie Eindhoven, teneinde het studiesucces van met name de mannelijke studenten te vergroten? In het licht van dit project is een (afgebakend) bronnenonderzoek gedaan. Doel van dat onderzoek was in de eerste plaats om meer inzicht te krijgen in brein en breinontwikkeling. In de tweede plaats is gekeken naar wat er bekend is over sekseverschillen met betrekking tot brein en breinontwikkeling. Op basis van deze oriëntatie zijn verschillende vervolgprojecten opgestart. Inzage in die vervolgprojecten is terug te vinden op dit weblog. 1

2 Ons brein Het brein maakt deel uit van een groter geheel, het zenuwstelsel. Schematisch kan het zenuwstelsel als volgt in kaart worden gebracht: Het zenuwstelsel centraal zenuwstelsel perifeer zenuwstelsel (zenuwen met spieren en organen in lichaam) hersenen ruggenmerg somatisch zenuwstelsel autonoom zenuwstelsel sympatisch zenuwstelsel parasympatisch zenuwstelsel De hersenen zijn onderdeel van het zogenoemde centrale zenuwstelsel. Het centrale zenuwstelsel omvat naast de hersen ook het ruggenmerg. In deze bijdrage gaat het vooral om de hersenen. Het ruggenmerg is primair een transportkanaal van elektrische impulsen van en naar de hersenen. Hoewel dat transportkanaal natuurlijk belangrijk is voor een functionele werking van de hersenen, zijn het de hérsenen die gedrag sturen en beïnvloeden. Een beschrijving van de anatomie van de hersenen kan op twee niveaus plaatsvinden: op het niveau van de fijne anatomie en op het niveau van de grove neuroanatomie. Een korte introductie is op beide niveaus relevant. De afbeeldingen zijn ter illustratie en verheldering. Elk van de afbeeldingen is van het openbare internet afgehaald (google-afbeeldingen). Grove anatomie van de hersenen Hersenen bevinden zich in het hoofd. Vanuit de buitenkant van het hoofd gezien komen we eerst een schedel tegen, vervolgens de dura mater en dan de typische vormen van de sterk gevouwen hersenschors (ofwel de cortex). Onderscheiden worden 2

3 de sulci. Dat zijn de gleuven en groeven van de hersenschors. Daarnaast zien we zogenoemde gyri. Dat zijn de windingen van de hersenschors (Brysbaert, 2011). De hersenen bestaan uit twee delen, de zogenoemde hemisferen ofwel de hersenhelften. De twee hemisferen worden gescheiden door de zogenoemde interhemisferische fissuur (groef) en een bindweefselverbinding, het corpus callosum (Brysbaert, 2011). Het oppervlak van elke hemisfeer wordt verdeeld in vier secties of lobben. Onderscheiden worden de frontale lob, de pariëtale lob, de occipitale lob en de temporale lob. Op het (linker) zij-aanzicht in nevenstaande figuur worden de onderscheiden lobben goed zichtbaar. De frontale lob is het voorste gedeelte van de hersenen. In de tekening is deze oranje gekleurd. De pariëtale lob bevindt zich feitelijk direct achter de frontale lab en is op de tekening blauw gekleurd. De occipitale lob is de lob aan de achterkant van het hoofd (groen gekleurd). De temporale lob bevindt zich ter hoogte van de slapen (rose gekleurd). De grote hersenen kennen een gelaagdheid. Als je de hersenen longitudinaal zou doorsnijden kunnen de zogenoemde neocortex, de mesocortex en de allocortex worden onderscheiden (Gazzaniga, Ivry & Mangun, 2009). De neocortex is de buitenste laag. Deze heeft hierboven al kort aandacht gehad. De mesocortex is de laag direct onder de neocortex en omvat met name het corticale deel van het limbisch systeem en de zogenoemde orbitofrontale cortex. De meest diepe corticale laag is de allocortex. Onder meer de hippocampi maken daar deel van uit. De hersenstam bestaat uit drie belangrijke structuren. Het bovenste gedeelte van de hersenstam wordt het mesencephalon (middenhersenen) genoemd. Onder de middenhersenen ligt de pons (het metencephalon). Deze structuur bestaat uit vezels die het lichaam met de hersenen verbinden. De medulla oblongata (myelencephalon) is feitelijk de verlengde ruggenmerg. In het centrum van de hersenstam (gaande van het de medulla oblongata tot in het mesencephalon) bevindt zich een complex gebied met vele groepen van zenuwcellichamen. Dit netwerk wordt de formatio reticularis ofwel het reticulaire activatiesysteem genoemd. (Brysbaert, 2011). De kleine hersenen (het cerebellum) is feitelijk een hele grote neurologisch structuur. Recente schattingen suggereren dat het cerebellum evenveel neuronen bevat als de rest van het totale centrale zenuwstelsel. Het cerebellum overspant de hersenstam en ligt ter hoogte van de pons (Brysbaert, 2011). 3

4 Hersenfuncties grove anatomische gebieden De anatomie van het brein is tot op een bepaalde hoogte transparant. Datzelfde kan jammer genoeg niet worden gezegd van hersenfuncties. Functies van bepaalde delen van het brein matchen niet 1- op-1 met de onderscheiden anatomische gebieden. In de meeste gevallen is het zo dat onderscheiden functies zijn gelokaliseerd op meerdere plekken in het brein die neurologisch zijn verbonden. Daarnaast geldt dat de meeste functionaliteiten niet alleen corticaal maar ook subcorticaal (bijvoorbeeld vanuit het limbisch systeem, de hersenstam of het cerebellum) worden aangestuurd en dat niet alleen elektrochemische systemen maar ook chemische systemen activering van hersenen beïnvloeden (Jolles, 2012). Zonder volledig te willen zijn wordt achtereenvolgens in het kort inzage gegeven in belangrijke functionele modaliteiten in de neocortex, de mesocortex, de allortex en het limbisch systeem, de hersenstam en het cerebellum. Neocortex Hoewel de verschillende anatomische gebieden van de neocortex zich niet 1-op-1 verhouden tot functionele modaliteiten van de grote hersenen helpt bijgaande vereenvoudigde weergave wellicht om een eerste indruk te krijgen van de te onderscheiden functionaliteiten. In deze figuur wordt zichtbaar dat de zogenoemde frontale kwab bestaat uit twee belangrijke componenten: de prefrontale associatiecortex (geel-bruine gebied links van de figuur) en de motorische cortex (het groene gebied). Gazzaniga e.a. (2009) stellen vast dat de prefrontale cortex een rol speelt bij het realiseren van doelgericht gedrag. Het gaat hier om het vermogen om een (meer of minder complex) plan te maken en op basis daarvan systematisch toe te werken naar het realiseren van (meer of minder complexe) doelen. In de literatuur wordt in dit kader ook wel gesproken over cognitieve controle. Cognitieve controle is de interface door welke doelen gedrag beïnvloeden. Om zoiets als cognitieve controle te realiseren zijn verschillende delen van de prefrontale cortex actief. Zo worden de taakdoelen gerepresenteerd in de laterale prefrontale cortex terwijl de monitoring op realisatie en voortgang is gelokaliseerd in de mediale frontale cortex. Cognitieve controle kan alleen gestalte krijgen indien beide regio s als een tandem intensief samenwerken. De prefrontale associatiecortex heeft neurale verbindingen heeft met subcorticale en posterieure gebieden. Deze verbindingen maken het mogelijk 4

5 dat de prefrontale associatiecortex andere hersengebieden configureert, moduleert en aanstuurt in overeenstemming met de vigerende doelstellingen en taakeisen. Top-down controle, zoals hier benoemd, is met name belangrijk indien een gewenste actie moet concurreren met habitueel gedrag (Sternberg, 2009). Zonder te veel in detail te willen treden dient te worden benoemd dat de prefrontale associatiecortex bestaat uit drie belangrijke windingen: de orbitofrontale winding (de zogenoemde orbitofrontale cortex), de mediale winding en de laterale winding (de zogenoemde dorsolaterale prefrontale cortex),. De genoemde windingen werken samen maar hebben ook eigen specifieke functionele modaliteiten. Zo geldt bijvoorbeeld dat de orbitofrontale winding een rol heeft als het gaat om het verkrijgen van een realistisch zelfbeeld, het toepassen van sociaal gedrag in een gegeven context, het inschatten van gevolgen van gedrag op de langere termijn en het leren van mislukkingen (Brysbaert, 2011.) De mediale winding is de plek in de hersenen waar onder meer zelfreferentiele verwerking plaats vindt (Gazzaniga e.a, 2009). De laterale prefrontale cortex is neurologisch gezien onder meer de plek is van het actieve werkgeheugen. (Sternberg, 2009) Daarbij dient te worden aangemerkt dat er evidentie is voor de aanname dat de frontale cortex van de linker hemisfeer meer betrokken is bij werkgeheugenprocessen die te maken hebben met linguïstische representaties terwijl de rechter frontale cortex meer betrokken is bij het encoderen en oproepen van visuele en ruimtelijke informatie (Brysbaert, 2011). De motorische cortex, het achterste gedeelte van de frontale lob, omvat drie deelgebieden. De primaire motorische cortex, de premotorische cortex en de supplementaire motorische cortex. De primaire motorische cortex bevindt zich direct voor de centrale sulcus en start in deze gleuf. De premotorische context bevindt zich voor de primaire motorische cortex. De supplementaire motorische cortex ligt dorsaal tegen de premotorische cortex aan en waaiert rostraal uit in de richting van het mediale gedeelte van de hemisfeer (Brysbaert, 2011). De primaire motorische cortex stuurt de bewegingen van het lichaam aan en is somatotopisch georganiseerd. Stimulatie van deze gebieden resulteert in het samentrekken van spieren die zijn gelokaliseerd aan de contralaterale zijde van het lichaam. In het algemeen kan worden gesteld dat grotere corticale representatiegebieden een hogere mate van controle mogelijk maken. Bijvoorbeeld: bewegingen van de tong, de mond en de vingers worden gecontroleerd door relatief grote delen van de primaire motorische cortex. Dit maakt de gedetailleerde en fijngevoelige bewegingen mogelijk die noodzakelijk zijn voor bijvoorbeeld spreken of pianospelen (Gazzaniga e.a, 2009). De premotorische cortex speelt een belangrijke rol in de coördinatie van bewegingen zoals wanneer het lichaam in een goede positie wordt gezet bij het reiken naar een object (Brysbaert, 2011). De supplementaire motorische cortex (SMA) is betrokken bij het plannen van complexe bewegingen en bij de coördinatie van bewegingen die met beide handen tegelijk worden uitgevoerd. Net als de primaire motorische cortex en de premotorische cortex is ook de supplementaire motorische cortex somatotopisch georganiseerd. Een functioneel verschil tussen de premotorische cortex en de supplementaire motorische cortex is dat de eerste gerelateerd lijkt te zijn aan bewegingen die extern 5

6 worden geïndiceerd terwijl de supplementaire motorische cortex een rol speelt bij het plannen van bewegingen die worden opgehaald uit het geheugen (Gazzaniga e.a., 2009). In de pariëtale cortex vinden we met name somatosensorische functionaliteiten. De somatosensorische gebieden bestaan uit de primaire somatosensorische cortex (het gedeelte dat tegen de motorische cortex aan ligt), de secondaire somatosensorische cortex en de somatosensorische associatiecortex (Brysaert, 2011). De primaire somatosensorische cortex is gespecialiseerd in het verwerken van informatie die afkomstig is van spieren en de huid, zoals de tastzin. Deze gebieden representeren informatie over aanraking, pijn, temperatuur en proprioceptie. De primaire somatosensorische cortex is evenals de motorische cortex somatotopisch georganiseerd (Brysbaert, 2011). De functionele rol van de secundaire somatosensorische cortex is niet eenduidig gespecificeerd. Vergeleken met de primaire somatosensorische cortex houdt de secundaire somatosensorische cortex zich bezig met de cognitieve aspecten van somatosensorische informatieverwerking zoals aandacht, beslissingsprocessen, object herkenning etc. (Brysbaert, 2011). De occipitale cortex bevindt zich achterin het brein en is hoofdzakelijk verantwoordelijk voor het verwerken van visuele informatie. De primaire visuele cortex (ofwel striatale cortex) is gelegen in het mediale vlak van de twee hemisferen helemaal achteraan (Sternberg, 2009). Het grootste gedeelte van de visuele cortex bevindt zich tussen de twee hemisferen (Gazzaniga e.e., 2009). De primaire visuele cortex is gespecialiseerd in het verwerken van visuele informatie zoals patroonperceptie, diepteperceptie, het zien van kleuren en het volgen van bewegende objecten. Rondom de primaire visuele cortex bevindt zich de visuele associatiecortex (de extrastriate). Deze ontvangt informatie van de primaire visuele cortex. De visuele associatiecortex is betrokken bij het samenstellen, interpreteren en de opslag van visuele informatie in het langere termijn geheugen (Gazzaniga e.a., 2009). De functies van het temporale gedeelte van de cortex worden in verband gebracht met het gehoor, het geheugen, aandacht en het leren. Wat betreft het geheugen is de idee dat opslag in het langere termijn geheugen termijn in twee fasen verloopt. In de eerste snelle/ initiële fase zijn de mediale lobben sterk betrokken, met name ook de hippocampi. In de tweede langzamere meer permanente fase vinden we gedistribueerde representaties over de hele neocortex terug incl. gebieden die een aanvankelijke rol speelden bij encodering (verwerving) (Gazzaniga e.a., 2009). Mesocortex, de allocortex en het limbisch systeem Kort gezegd geldt dat de mesocortex, de allocortex en het limbisch systeem belangrijke functies hebben op het terrein van emoties, leren en geheugen (Brysbaert, 2011). Hierboven is al aangegeven dat de mesocortex de laag in de hersenen is die direct onder de neocortex is gelokaliseerd. Ze omvat met name het corticale deel van het limbisch systeem (de gyrus cinguli) en de zogenoemde orbitofrontale cortex. De gyrus cinguli is een prominente gordel om het binnenste gedeelte van de hersenen en is gelokaliseerd boven het corpus callosum. De gyrus cinguli 6

7 wordt geassocieerd met stemmingen, de regulatie en verwerking van emoties en het geheugen (Gazzaniga e.a., 2009). De orbitofrontale cortex heeft, zoals in de uitwerking van de prefrontale cortex is benoemd, belangrijke functies als het gaat om de vorming van een reëel zelfbeeld, het toepassen van sociaal gedrag in gegeven contexten, het inschatten van gevolgen van gedrag op de langere termijn en het leren van mislukkingen (Gazzaniga e.a., 2009) In de allocortex bevindt zich een uitermate belangrijke structuur, de hippocampus. De hippocampus heeft de vorm van een hoefijzer. De hippocampus (en de omliggende, met name temporale, corticale structuren en neurale verbindingen) zijn betrokken bij het declaratieve geheugen (expliciete geheugen), het geheugen voor feiten (semantisch geheugen) en gebeurtenissen (episodisch geheugen). Dit geldt met name voor de initiële fase van opslag van informatie in het lange termijngeheugen. De uiteindelijke opslag van informatie in het lange termijn geheugen (consolidatiefase) wordt tenminste deels, verspreid gerepresenteerd in de neocortex (Sternberg, 2009). Hersenstam In algemene zin geldt dat neuronen in de hersenstam talrijke sensorische en motorische processen uitvoeren, in het bijzonder ook de sensatie en de motorische controle van gezicht, mond, keel, ademhalingssysteem en hart. Veel neurochemische systemen hebben kernen in de hersenstam die verbindingen leggen naar de cerebrale cortex, het limbisch systeem, de thalamus en de hypothalamus (Gazzaniga, 2009). Eerder is al benoemd dat aan de hersenstam drie belangrijke structuren worden onderscheiden: de middenhersenen (mesencephalon), de pons (het metencephalon) en de medulla oblongata. Het mesencephalon coördineert bewegingen (Brysbaert, 2011). In het metencephalon kruisen de vezels de middellijn zodat de linkerzijde van het lichaam verbonden is met de rechterhelft van de hersenen en omgekeerd. De pons verbindt ook verschillende hersengebieden. Vooral de verbindingen met het cerebellum zijn sterk vertegenwoordigd. De pons is ook het schakelstation tussen de medulla en de hogere corticale structuren van het brein (Brysbaert, 2011). De medulla oblongata (myelencephalon) controleert hartslag en ademhaling en doet dit zonder input van andere delen van de hersenen (Brysbaert, 2011). In het centrum van de hersenstam (gaande van het de medulla oblongata tot in het mesencephalon) bevindt zich een complex gebied met vele groepen van zenuwcellichamen. Dit netwerk wordt de formatio reticularis of het reticulaire activatiesysteem genoemd (Brysbaert, 2011). Deze structuur speelt een belangrijke rol bij het slapen en het waken, maa ook bij opwinding, ademhaling, cardiale modulatie, pijnregulatie en modulatie van reflexmatige spieractiviteiten in de ledematen. Het cerebellum 7

8 Het cerebellum (de kleine hersenen) speelt een belangrijke rol in het motorisch systeem en is verantwoordelijk voor de integratie van motorische perceptie en de uitvoering van de motoriek. Het coördineert vrijwillige bewegingen zoals lopen, lichaamshouding en spraak en is betrokken bij het aanleren van complexe motorische vaardigheden (Brysbaert, 2011). Het cerebellum is sterk verbonden met de motorische cortex en de spinale cerebellaire zenuwbanen die informatie geven over de positie van het lichaam (proprioceptie). Het cerebellum integreert deze twee functies en maakt daarbij gebruik van constante feedback met betrekking tot de positie van het lichaam om motorische bewegingen fijner af te stemmen (Brysbaert, 2011). Men stelt ook activiteit vast in het cerebellum bij heel wat taal-, denk- en geheugentaken die geen bewegingscomponent bevatten. Men vermoedt dat het cerebellum niet verantwoordelijk is voor het genereren van deze cognitieve processen maar wel helpt bij het regelen ervan zodat ze correct worden uitgevoerd (Gazzaniga e.a., 2009). Fijne anatomie van de hersenen Tot nu toe is er in deze bijdrage aandacht geweest voor het brein vanuit het perspectief van de grove anatomie. Het andere perspectief, het perspectief van de fijne anatomie, bekijkt de werking van de hersenen op celniveau. Hieronder is er kort aandacht voor bouw en functionaliteit van hersencellen. Neuronen bestaan uit drie belangrijke compartimenten : een cellichaam, een axon en dendrieten. Brysbaert (2011) benoemt dat het cellichaam van een neuron structuren bevat die ook in andere lichaamscellen worden aangetroffen. Daarbij kan worden gedacht aan de celkern die de genetische informatie van een organisme bevat en mitochondria die zorgen voor het metabolisme in de cel. Het axon is een lange, dunne vezel, die vanuit het cellichaam komt en zich aan het einde splitst in een waaier van uiteinden. De axonen van de verschillende cellen groeperen zich en vormen de zenuwen. De dendrieten vormen een netwerk van smalle vezels, lijkend op de takken van een boom, die vanuit het cellichaam komen. Schattingen van het aantal neuronen in de hersenen en ruggenmerg, maar ook op andere plekken in het lichaam, variëren sterk maar het idee is dat alleen de hersenen al zo n 8

9 honderd miljard neuronen bevatten. Lange tijd werd gedacht dat de aanmaak van neuronen (neurogenese) volledig voor de geboorte plaatsvond. Dat idee is losgelaten. Inmiddels is duidelijk dat gedurende het leven van mensen, op specifieke plekken, nieuwe neuronen in de hersenen kunnen ontstaan (Kayaert, 2013). Informatiegeleiding bínnen neuronen is een elektrochemisch proces. Dat betekent dat scheikundige processen rond de membraan van het neuron leiden tot een elektrisch signaal, een zogenoemd actiepotentiaal (Brysbaert, 2011). Informatiegeleiding tússen neuronen is een chemisch proces. Informatiegeleiding tussen neuronen vindt plaats in zogenoemde synaptische verbindingen. Kayaert (2013) typeert een synaps als uit twee, heel dicht tegenover elkaar gelegen uitlopers van het membraan van twee verschillende neuronen. In de kleine holte tussen deze uitlopers kan het ene neuron boodschappermoleculen loslaten die het andere neuron kan opvangen. Deze boodschappermoleculen worden neurotransmitters genoemd. Neurotransmitters initiëren of inhiberen het elektrochemisch proces dat zich binnen ontvangende neuronen voltrekt. Veel axonen zijn gemyeliniseerd. Dat betekent dat er dun vetachtig laagje rond het axon ligt dat op regelmatige afstand een inkeping vertoont. Deze inkeping wordt de knoop van Ranvier genoemd. Myelinisatie verhoogt de geleidingssnelheid van axonen aanmerkelijk doordat de actiepotentialen van knoop naar knoop springen en dus grotere afstanden in kortere tijd kunnen overbruggen (Gazzaniga e.a., 2009). Gemyeliniseerde axonen worden ook wel aangeduid met de term witte massa of witte stof. De celichamen zijn niet omgeven door de melkkleurige myeline. Zij worden ook wel grijze stof genoemd omdat zij in hersenen waarop sectie wordt verricht grijs van kleur zijn (Brysbaert, 2011). Naast de neuronen komen nog een ander type cellen voor in de hersenen: de zogenoemde gliacellen. Gliacellen omringen neuronen en hebben verschillende functies. Zij zorgen voor stevigheid in de hersenen; ze leveren voedingsstoffen aan de neuronen; ze zorgen voor het opruimen van afgestorven neuronen en andere ongewenste organismen (bijvoorbeeld virussen en schimmels); ze kunnen de werking van neurotransmitters beïnvloeden en ze spelen waarschijnlijk een rol bij het ontstaan van nieuwe synaptische verbindingen (Gazzaniga e.a., 2009). Breinontwikkeling Op grond van allerlei onderzoek dat de laatste decennia heeft plaatsgevonden naar breinontwikkeling is komen vast te staan dat het brein zich ontwikkelt van ver vóór de geboorte tot ruim na het twintigste levensjaar. Bij de geboorte beschikt ieder mens al over honderd miljard hersencellen. Op dat moment zijn er al zeer veel verbindingen tussen neuronen gevormd. Echter, deze verbindingen zijn voor het overgrote deel nog niet functioneel: ze werken nog niet. Direct na de geboorte worden bepaalde 9

10 hersencentra actief, bijvoorbeeld die welke nodig zijn voor het waarnemen (zien, horen, voelen) en voor interactie met de omgeving. Andere hersengebieden en netwerken rijpen pas later. Zo zijn er verbindingen die functioneel worden in de peutertijd, andere in de kleuter- of kindertijd en weer anderen in de tiener- of adolescentieperiode. Gedurende de hele periode van de hersenrijping vanaf de geboorte tot ruim na het twintigste jaar gaan verbindingen die niet of weinig worden gebruikt weer verloren (Jolles 2012, p 43/44). Interessant gegeven is dat de hersenen rond het twaalfde jaar hun grootste omvang bereiken. In dit opzicht is er overigens een verschil als je kijkt naar het brein van jongens en het brein van meisjes. Vrouwelijke hersenen bereiken eerder hun grootste omvang dan mannelijke hersenen. Van dat moment tot het moment van uitrijping neemt de omvang van de hersenen geleidelijk af. Jolles (2012) vergelijkt het proces waarin niet gebruikte verbindingen in het brein verdwijnen met het snoeien van een rozenstruik of fruitboom: door het snoeien van niet-functionele verbindingen kunnen de goede verbindingen zich verder ontwikkelen. Een beeldspraak die Kayaert (2013) gebruikt voor het ontstaan van sterke neurale verbindingen is het uitslijten van een bedding door water die almaar door die bedding stroomt. De vorming van neurale sporen door het herhaald doorgeven van neurale signalen is analoog aan de manier waarop water door haar stroming een bedding verdiept. Overigens: het brein is niet klaar en onveranderbaar aan het einde van de hersenrijping. Er is evidentie dat het brein tot op hoge leeftijd verandert. In dit verband wordt wel gesproken over de plasticiteit van het brein: het brein past zich aan een zich veranderende omgeving aan. Waar aanvankelijk werd gedacht dat breinontwikkeling hoofdzakelijk tot stand kwam door aanleg constateert Jolles (2102) op basis van neuropsychologische studies en modern hersenonderzoek dat omgevingsfactoren veel belangrijker zijn dan tot voor kort altijd werd gedacht. Volgens meest recente visies zijn de genen - het DNA - weliswaar verantwoordelijk voor het bouwplan van de hersenen; de prikkels uit de omgeving en de ervaringen die in het leven worden opgedaan zijn verantwoordelijk voor het functioneel actief worden van de hersenen en voor de kwaliteit van de verbindingen erbinnen. Jolles hanteert in dit verband het beeld van architect (DNA) en aannemer (omgeving). Kayaert (2013) gebruikt een treffende analogie om begrijpelijk te maken hoe de hersenen worden gevormd door de interactie met de omgeving. Zij stelt dat interactie met de omgeving per definitie voortkomt uit/ leidt tot activering van hersenen. Het simpelweg doorgeven van signalen tussen hersencellen is voldoende om de aard van de verbindingen te wijzigen. In praktijk betekent dit dat deze verbindingen in de regel sterker worden. Ze vergelijkt het ontstaan van zogenoemde neurale sporen met spieren die worden versterkt wanneer je ze gebruikt. Door je spieren regelmatig te gebruiken (trainen) bouw je spiermassa op; door neurale verbindingen regelmatig te activeren bouw je een sterk neuraal netwerk op. 10

11 De variabiliteit in hersenontwikkeling is groot. Dit heeft alles te maken met het feit dat een groot aantal factoren de ontwikkeling van de hersenen beïnvloedt en, in het verlengde daarvan, dat die onderscheiden factoren elkaar weer beïnvloeden. Jolles (2012) benoemt in dit verband biologische factoren (genen, gezondheid, stressniveaus etc.), factoren rond hersenrijping (ontwikkelingsstadium, leeftijd, sekse etc.), cognitieve en neurocognitieve factoren (waarneming, aandacht, informatieverwerking, geheugen en hogere cognitieve functies zoals planning, zelfevaluatie etc.), psychologische en pedagogische factoren (emotie, (prestatie)motivatie, faalangststress, beleving etc.), psychosociale factoren (eerdere ervaringen, microcultuur (gezin, school), economische status, opleiding etc.) en culturele factoren (culturele groep, subcultuur, etniciteit, geloof etc.). Door het grote aantal beïnvloedende factoren kunnen kinderen en/of adolescenten van een zelfde leeftijd behoorlijk verschillen in de fase van ontwikkeling van hun neurocognitieve vaardigheden. In het algemeen geldt dat de fasering in ontwikkeling gelijkenissen vertoon. Het tempo waarbinnen hersenontwikkeling zich voltrekt, verschilt. Sekseverschillen in breinontwikkeling Hoewel verschillen in breinontwikkeling tussen jongens en meisjes tot nu toe beperkt aandacht hebben gekregen in neurologisch onderzoek is er evidentie dat de ontwikkeling van het brein van jongens in diverse opzichten verschilt van de ontwikkeling van het brein van meisjes (Jolles, 2012). Deze verschillen tekenen zich al vóór de geboorte af. Jolles (2012) geeft aan dat dit gebeurt onder invloed van biochemische factoren. Na de geboorte heeft cultuur natuurlijk ook invloed op de ontwikkeling van het jongens- of meisjes brein maar het is Jolles s (2012) overtuiging dat cultuur biologische verschillen slechts tot op bepaald hoogte kan moduleren. Hieronder volgt een inventarisatie van sekse-gerelateerde verschillen in breinontwikkeling en daaraan gerelateerd gedrag. Bij interpretatie van deze informatie is de nodige terughoudendheid gepast omdat: - De omvang en de structuur van de hersenen niet zomaar direct te relateren zijn aan gedrag. (Mentale) functies kunnen veelal niet worden herleid tot bepaalde gebieden, structuren of stoffen in het centrale zenuwstelsel. Gedeelten, substructuren of biochemische stoffen fungeren bijna altijd in interactie met andere delen of structuren of stoffen. (Jolles, 2012). Deze complexe interacties maken het heel lastig om verschillen in functionele modaliteiten (en dus verschillen tussen jongens en meisjes) scherp te duiden. Brysbaert (2011) stelt terecht dat één-op-één relaties als het gaat om brein en gedrag gevaarlijk zijn en geen recht doen aan de neurologische complexiteit. 11

12 - Hersenen bij uitstek plastisch zijn. Ze ontwikkelen zich voortdurend in interactie met de omgeving (Jolles, 2012). Een inventarisatie van verschillen leidt mogelijk tot een beeld dat te statisch is. Dit beeld voldoet geenszins aan de complexiteit en veranderlijkheid van de neurale werkelijkheid. - Veel van de verschillen die zijn onderkend niet zozeer verschillen zijn in het brein als wel verschillen in tempo van ontwikkeling van het brein. Zo zijn er kinderen en jongeren die wat betreft bepaalde vaardigheden jaren in ontwikkeling voor- of achterlopen. In veel gevallen geldt dat die achterstanden uiteindelijk wel worden ingelopen. - In het algemeen wordt aangenomen dat 1/5 deel van de meisjes een brein heeft/ ontwikkelt dat sterk lijkt het op het brein van een jongen en dat 1/7 van de jongens een brein heeft/ ontwikkelt dat sterkt lijkt op het brein van een meisje. Typering van verschillen mag dan ook nooit leiden tot een ongeoorloofd zwart-wit denken. - Er een enorme individuele variatie is in hersenontwikkeling zelf. Deze verschillen zijn zelfs groter dan altijd is gedacht. (Jolles, 2012). Gezien het grote aantal factoren dat van invloed is op (de ontwikkeling van) het brein ligt de enorme individuele variabiliteit voor de hand. 12

13 Kort overzicht van belangrijke verschillen Hieronder wordt bovenstaand overzicht kort toegelicht. Eerst word en de verschillen genoemd die kunnen worden geduid als het gaat om de grove anatomie. Onderscheiden worden verschillen in het brein, de hersenstam en het limbisch systeem en de neocortex. Daarna komen verschillen vanuit een meer fijn-anatomisch perspectief ter sprake. In dit licht worden neuronen en verbindingen tussen neuronen en neurotransmitters onderscheiden Het brein Woltring ( stelt, in navolging van Gurrian, dat het mannelijke brein gemiddeld 12% meer massa heeft dan het vrouwelijke brein. Daarbij geldt dat de cerebrale cortex bij mannen in het algemeen rechts wat dikker is terwijl deze bij vrouwen in het algemeen links wat dikker is. Mogelijk gevolg (en ook oorzaak!) is dat bij mannen de rechter hersenhelft wat sterker lijkt te worden geactiveerd terwijl bij vrouwen de linker hersenhelft wat dominanter lijkt. Dit zou mede kunnen verklaren dat jongens en mannen vaak wat sterker zijn in ruimtelijke taken en relaties terwijl meisjes en vrouwen in het algemeen wat sterker zijn in alle leren dat gebaseerd is op taal. Een ander opvallend verschil is dat de doorbloeding van de hersenen van meisjes 20% sterker is dan de doorbloeding van de hersenen bij jongens (Maréchal-van Dijken, De Loor, Sanders & Vliegenthart, 2012). Gevolg is dat meisjes zichzelf gemakkelijker kunnen activeren ( opladen ) dan jongens. Mannelijke hersenen hebben de neiging om, als ze geen taak moeten uitvoeren, over te schakelen naar een rusttoestand: de zgn stopmodus. Waar jongens geneigd zijn min of meer in slaap te vallen als niet direct om actie wordt gevraagd zijn meisjes gemakkelijker in staat bij de les te blijven. Dit kan 13

14 zelfs letterlijk worden genomen: meisjes zijn beter in staat hun ogen open te houden en zelfs actief aantekeningen te maken, ook al duurt een les te lang en is de stof te saai. Een volgende verschil dat Woltring ( in navolging van Gurrian benoemt, is dat het mannelijk brein meer gelateraliseerd is dan het vrouwelijk brein. Lateralisatie wijst op het fenomeen dat sommige functies meer gebonden zijn aan één hersenhelft. Mogelijk is dit verschil in mate van lateralisatie gekoppeld aan het gegeven dat het corpus callosum (verbinding tussen linker en rechterhersenhelft) in het vrouwelijke brein groter is dan het corpus callosum in het mannelijke brein. Hersenstam en limbisch systeem Een opmerkelijk verschil tussen jongens en meisjes is dat de hersenstam en de basale ganglia bij het mannelijk brein in stationaire status een enigszins verhoogde activiteit laat zien. Dit geldt niet voor het vrouwelijk brein. Voor het vrouwelijk brein geldt dat het limbisch systeem in stationaire status, relatief gezien, meer activiteit laat zien. Dit verschil leidt tot het gegeven dat het mannelijk brein sensorische informatie eerder naar de hersenstam transporteert terwijl het vrouwelijke brein, meer dan het mannenbrein, geneigd is sensorische data naar de neocortex te zenden. Gevolg is dat jongens eerder geneigd zijn impulsief te reageren terwijl meisjes in staat zijn eerst te denken en dan pas te doen. De verhoogde activiteit in de basale ganglia verklaren dat jongens, sneller dan meisjes, afgeleid zijn. Ze zijn, sneller dan meisjes, geneigd te reageren op iets wat in hun fysieke omgeving aandacht vraagt. Een ander opmerkelijk verschil tussen het mannelijke en het vrouwelijke brein is dat de hippocampi bij vrouwen groter zijn dan bij mannen. Het aantal en de snelheid van neurale transmissies zijn in de vrouwelijke hippocampi groter dan in de mannelijke hippocampi. Dit heeft, voor vrouwen, positieve effecten als het gaat om de opslag van informatie in de initiële fase van het lange termijn geheugen. Een derde belangrijk verschil dat in deze hersenregio wordt geconstateerd is dat de vrouwelijke hypothalamus lijkt te functioneren om hormoonniveaus te laten variëren. De mannelijke hypothalamus is met name gericht op het gelijk houden van deze niveaus. Wellicht komt dit verschil in het functioneren van de hypothalamus voort uit het feit dat mannelijke hormonen, meer dan vrouwelijke hormonen, geneigd zijn onrust te brengen in het hormonale systeem. Een correctie daarop zou bij mannen daardoor mogelijk meer noodzakelijk kunnen zijn. Neocortex De cortex (hersenschors) is onderverdeeld in verschillende te onderscheiden gebieden: de occipitaal kwab, de temporale kwab, de pariëtale kwab en de frontaalkwab. In deze verschillende gebieden zijn sekseverschillen waarneembaar. Occipitaal kwab De occipitaal kwab is, zoals bekend, gesitueerd in het achterste gedeelte van de hersenen. Een 14

15 primaire functie van dit deel van de hersenen heeft betrekking op zicht. Er zijn duidelijke verschillen tussen mannen en vrouwen als het gaat om sensitiviteit voor licht. Vrouwen zien beter bij gedempt licht. Mannen nemen beter waar bij helder licht. Temporaalkwab Voor wat betreft de temporaalkwab geldt dat meisjes in het algemeen eerder en sterkere neurale verbindingen opbouwen dan jongens. Dit zou de superioriteit in talige taken bij meisjes kunnen verklaren. Een belangrijke structuur namelijk in dit deel van de hersenen wordt gevormd door een gebogen zenuwbundel, de arculate fasciculus, die aan de linkerkant van de hersenen, het Broca s gebied verbindt met Wernicke s gebied. De vroegere ontwikkeling van de arculate fasciculus, de hogere activiteit in het gebied van Broca én de (waarschijnlijk) hogere activiteit in het gebied van Wernicke in het vrouwelijke brein zorgt ervoor dat meisjes, in eerste aanzet, talig en communicatief (zowel op terrein van spreken als op terrein van luisteren) vaak sterker zijn dan jongens. Dit verschil manifesteert zich al vroeg in de ontwikkeling. Woltring ( verwijst in dit verband naar het feit dat meisjes op driejarige leeftijd reeds voor 99% verstaanbaar zijn. Jongens zijn pas op de leeftijd van 4,5 jaar voor 99% verstaanbaar. Pariëtale kwab De sterkere en meer uitgebouwde neurale verbindingen bij meisjes in de pariëtale kwab zou aan de basis kunnen liggen van het gegeven dat meisjes en vrouwen in het algemeen meer tactiel en sensitief zijn dan mannen. Frontaal kwab Het achterste gedeelte van de frontale cortex, met name de primaire motorische cortex, ontwikkelt zich bij jongens vroeger en sterker dan bij meisjes. Dit verklaart in belangrijke mate de grotere beweeglijkheid van jongens, zeker in bepaalde leeftijdsfasen. Het is niet toevallig dat de groep hyperactieve kinderen voor 95% uit jongens bestaat en slechts voor 5% uit meisjes ( Verschillen in de ontwikkeling van het voorste gedeelte van de frontale cortex (de prefrontale cortex) leidt tot sekse-verschillen in toepassing van executieve functies. Gazzaniga e.a. (2009) laten zien dat dit, gekoppeld aan de onderscheiden deelgebieden van de prefrontale cortex, onder meer gevolgen heeft voor verschillen in vermogens op het terrein van realisatie van doelgericht gedrag (dorsolaterale prefrontale cortex), monitoring van doelgericht gedrag (mediale winding van prefrontale cortex en vorming van (onrealistische) zelfbeelden (mediale winding van de prefrontale cortex en orbitofrontale cortex) en het toepassen van sociaal gedrag in gegeven contexten, het inschatten van gevolgen van gedrag op de langere termijn en het leren van mislukkingen (orbitofrontale cortex). 15

16 Neuronen en verbindingen tussen neuronen Er is evidentie dat de grijze stof (cellichamen) bij meisjes toeneemt tot ongeveer 11 jaar (Jolles 2012). Daarna is er sprake van een afname. Bij jongens valt dit omslagpunt in het algemeen wat later, namelijk rond het twaalfde levensjaar (Jolles, 2012). Deze afname van grijze stof wordt geassocieerd met het gereed maken van de hersenen voor optimaler en efficiënter gebruik van het brein. Het gaat hier om het proces van pruning dat elders in dit weblog is vergeleken met het terugsnoeien van fruitbomen of rozenstruiken. Het moment van afname van grijze stof varieert overigens voor verschillende delen van de hersenen. Duidelijk is dat de frontaalkwab zich als laatste gereed maakt voor efficiënt gebruik. Ook in dit deel van de hersenen ligt het omslagpunt bij jongens later dan meisjes (Jolles, 2012). De relatief vroegere ontwikkeling van bruikbare veelzijdige verbindingen in hersenen bij meisjes verklaart de zekere voorsprong die meisjes lijken te hebben op jongens. Jongens compenseren die achterstand later in de adolescentie. Dit doen ze hoofdzakelijk door meer witte stof aan te maken. Er is evidentie dat met name vanaf de adolescentie, de toename van witte stof in de hersenen bij jongens sterker is dan de toename van witte stof bij meisjes (Jolles, 2012). Neurotransmitters (en hormonen) Niet alleen wat betreft grijze en witte stof zijn er verschillen te constateren tussen jongens en meisjes. Ook wat betreft neurotransmitters worden verschillen zichtbaar. Sommige neurotransmitters zijn meer actief bij meisjes. Andere neurotransmitters zijn meer actief bij jongens. Een sprekend en betekenisvol voorbeeld wordt gevonden in de neurotransmitter oxytocine. Deze neurotransmitter verhoogt het verlangen om een band met anderen te creëren en anderen te plezieren. Oxytocine is veel actiever bij meisjes dan bij jongens (Maréchal-van Dijken e.a., 2012). Jongens daarentegen hebben minder oxytocine en meer testosteron. Dit maakt dat zij meer neigen naar strijdlustig optreden en een grotere impulsiviteit. Zij doen in het algemeen minder of minder zorgvuldig wat van hen wordt gevraagd. Hoewel verschillen in neurotransmitters verschillen tussen jongens en meisjes voor een deel verklaren zijn er andere chemische stoffen die zo mogelijk nog grotere invloed hebben op sekseverschillen. Het gaat dan om hormonen. De meest pregnante verschillen in de hormonale huishouding van jongens en meisjes worden veroorzaakt door de zogenoemde geslachtshormonen. Het vrouwelijk geslachtshormoon oestrogeen ligt aan de basis van verminderde agressie, verminderde competitie, verminderde zelfverzekerdheid en verminderd zelfvertrouwen. Het versterkt daarentegen het (vermogen tot) leren. Het mannelijk geslachtshormoon testosteron zorgt er juist voor dat jongens agressiever kunnen zijn, meer gericht zijn op competitie en op zelfhandhaving. Testosteron verhoogt ook het zelfvertrouwen. Eén van de gevolgen voor onderwijs is dat jongens in het algemeen positiever reageren op competitieve leersituaties (Maréchal-van Dijken e.a., 2012) dan meisjes. Er is evidentie dat de grotere concentraties testosteron bij jongens ook effect hebben op hun voorkeur voor leren. Leren volgens trial-and-error past meer bij jongens dan bij meisjes. 16

17 Genoemde geslachthormonen hebben een directe uitwerking op gedrag. Ze beïnvloeden echter ook andere hormonen. Een voorbeeld daarvan is de uitwerking van oestrogeen en testosteron op de aanmaak c.q. remming van het hormoon dopamine. Bekend is dat oestrogeen de werking van dopamine remt. Testosteron doet dit juist niet. Omdat dopamine nieuw gedrag beloont verklaart de invloed van geslachtshormonen op aanmaak c.q. remming van dopamine dat jongens, in het algemeen meer dan meisjes, geneigd zijn meer risicovol gedrag te laten zien. Dopamine stimuleert namelijk het zogenoemde go-systeem in de hersenen. Dit systeem ontwikkelt zich bij jongens (in vergelijking met meisjes) sterker en ook eerder dan hun stop-systeem. De eerdere ontwikkeling van het stop-systeem bij meisjes zorgt ervoor dat meisjes ondernemend en risicovol gedrag eerder af remmen. 17