Het brein toetst constant voorspellingen aan de werkelijkheid. Neurobioloog Micha Heilbron onderzocht dit idee van het voorspellende brein op het gebied van taal bij het Predictive Brain Lab van het Donders Instituut en promoveert er komende week mee. ‘Dit onderzoek leert ons iets over de manier waarop informatie wordt verwerkt tussen je oren.’
Iedereen kent het gevoel wel: je praat met iemand die over zijn woorden struikelt en je krijgt de neiging om zijn zinnen af te maken. Promovendus Micha Heilbron ondervond dat dit voorspellingsmechanisme fundamenteel is voor de werking van ons brein. ‘We weten natuurlijk allemaal dat we soms voorspellingen doen,’ zegt Heilbron. ‘Nu weten we dat het brein dit niet alleen doet onder omstandigheden waarin iemand actief deelneemt aan een gesprek, maar dat het brein voortdurend op elke situatie vooruit loopt.’
Het voorspellende brein
‘Een algemene theorie over het voorspellende brein bestond al. Deze theorie gaat ervan uit dat het brein informatie analyseert door eigen verwachtingen te toetsen aan de werkelijkheid’, legt Heilbron uit. ‘Het brein analyseert informatie dus niet op het moment dat het binnenkomt maar vult het van te voren in. Vervolgens vergelijken mensen de informatie die zij binnenkrijgen met datgene wat zij aanvankelijk hadden verwacht.’ Dit komt erop neer dat mensen proberen te begrijpen wat er om hen heen gebeurt door hun verwachtingen van de situatie naast de werkelijke gebeurtenis te leggen.
Heilbron zocht in zijn promotieonderzoek uit wat, hoe vaak en onder welke omstandigheden mensen voorspellen door taalverwerking in de hersenen te analyseren. Hij keek onder andere naar de hersensignalen van proefpersonen die naar luisterboeken luisterden. Zij kregen bijvoorbeeld Hemingway of Sherlock Holmes te horen. ‘Luisteren naar luisterboeken is vrijwel de meest passieve vorm van interactie met taal’, zegt hij. Je hoeft namelijk niet te reageren zoals in een gesprek. ‘Toch doet men constant voorspellingen. Hierdoor kunnen we concluderen dat het niet alleen gebeurt in een situatie waarbij je actief geëngageerd bent.’ Heilbron vervolgt: ‘Het mechanisme staat altijd aan en is fundamenteel aan de werking van onze hersenen. Het is dus niet optioneel om in een gesprek met een goede vriend zijn of haar woorden te voorspellen.’
Uit het onderzoek blijkt dat we die voorspellingen op alle niveaus van abstractie in taal doen. Als iets grammaticaal onverwacht is, of de klank of de betekenis is onverwacht, zet het brein verschillende mechanismen in gang. ‘Het is niet één verwachting die men toetst, maar het zijn heel veel verwachtingen van losse onderdelen. We voorspellen dus niet het volgende specifiek woord in een zin, maar bijvoorbeeld de woordsoort, klank, of specifieke letters’, zegt Heilbron. ‘Wanneer er een zelfstandig naamwoord wordt verwacht en er een bijvoeglijk naamwoord komt geeft dat op de hersenscan een uitschieter.’
Voorspellen is weten
Dankzij onze voorspellende bovenkamer kan men de wereld om zich heen snel en efficiënt herkennen, zelfs als informatie onzeker is. ‘Als iemand totaal geen voorspellingen doet, zou diegene altijd achterlopen op de werkelijkheid’, stelt de onderzoeker. Informatie wordt dan pas nadat het heeft afgespeeld verwerkt, wat het bijna onmogelijk maakt om te interacteren met wat er gebeurt. ‘Iemand kan zich minder goed oriënteren, kan dingen minder goed verstaan en zou veel meer moeite moeten doen om dingen te begrijpen. Ook zal diegene veel vaker dingen verkeerd zien of horen.’
Het voorspellende brein stelt ons ook in staat om te leren. ‘Het brein is een soort statistisch orgaan dat zich bijstelt.’ Hoe meer we ervaren, hoe beter onze verwachtingen zijn en hoe slimmer we dus worden. ‘Het is zeldzaam dat je precies weet wat iemand gaat zeggen. Veel vaker heb je ongeveer een idee. Het brein is extreem gevoelig voor die mate van voorspelbaarheid en als het ernaast zit, zal het zich bijstellen voor de volgende keer’, legt Heilbron uit. ‘Als je helemaal niet van die voorspellingen zou doen zal je vermoedelijk ook een stuk slechter nieuwe dingen kunnen leren.’
Biologische versus kunstmatige intelligentie
Hoe onze eigen intelligentie tot stand komt, staat niet ver van de manier waarop kunstmatige intelligentie leert. ‘Wat je nu in de kunstmatige intelligentie ziet is ditzelfde principe van voorspellingen toetsen’, zegt Heilbron. ‘Systemen als Google Translate zien bijvoorbeeld een Franse zin en dan voorspelt een algoritme de Engelse zin. Vervolgens kijken ze hoe slecht hun voorspelling was door deze te vergelijken met de Engelse zin die mensen eraan koppelen. Als die voorspelling er helemaal naast zit, wordt het model heel sterk aangepast’, legt hij uit. Hij stipt aan dat er veel nieuwsgierigheid is vanuit big tech bedrijven naar neuropsychologisch onderzoek. ‘Als we het brein beter begrijpen kunnen er ook steeds slimmere computermodellen worden gemaakt’, zegt hij.
Hoewel Heilbron aangeeft zich niet met toepassingen bezig te houden, kan het in de toekomst wel verschil uitmaken. ‘Mijn onderzoek is uit nieuwsgierigheid gedreven, maar als we het brein echt goed in kaart kunnen brengen, kunnen we op de lange termijn met die kennis hopelijk ook ziektes genezen’, vertelt de neurobioloog.