Friedrich Nietzsche was wanhopig. Hij was als kind al ziekelijk en had zich nooit goed hersteld van een val van een paard toen hij als jonge twintiger bij de bereden artillerie van het Pruisisch leger zat. In 1879 verslechterde zijn gezondheid en moest hij zijn baan als professor in de filologie aan de Universiteit van Bazel opgeven. Slechts vierendertig jaar oud begon hij aan een zwerftocht door Europa, op zoek naar verlichting voor zijn vele kwalen. Hij zou de kusten van de Middellandse Zee opzoeken in de herfst, als het koeler werd, en in de lente weer naar het noorden trekken, naar de Zwitserse Alpen of naar het huis van zijn moeder vlak bij Leipzig. Eind 1881 huurde hij een zolderetage in de Italiaanse havenstad Genua. Zijn gezichtsvermogen ging achteruit; zich concentreren op een pagina was zo vermoeiend en pijnlijk dat het leidde tot scherpe hoofdpijnen en braken. Hij moest het schrijven noodgedwongen beperken en was bang dat hij er spoedig mee zou moeten stoppen.

Ten einde raad bestelde hij een typemachine – een Deense Writing Ball – die ergens in de eerste weken van 1882 werd bezorgd. Hans Rasmus Johann Malling-Hansen, hoofd van het Koninklijk Instituut voor Doofstommen in Kopenhagen, had het zeldzaam mooie apparaat een paar jaar eerder uitgevonden. De typemachine leek op een sierlijk gouden speldenkussen en had tweeënvijftig toetsen voor boven- en onderkastletters, getallen en interpunctietekens. Ze waren op een wetenschappelijk verantwoorde manier concentrisch gerangschikt, zodat de gebruiker zo efficiënt mogelijk kon typen. Direct onder de toetsen bevond zich een gebogen plaat waarop een vel typepapier lag. Met behulp van een ingenieus tandwielsysteem schoof de plaat bij elke aanslag van een toets op. Na voldoende oefening kon de gebruiker maar liefst achthonderd karakters per minuut typen, waarmee het de snelste typemachine was die ooit was gebouwd.¹

Deze writing ball redde Nietzsche, althans voor een tijdje. Toen hij eenmaal blind typen had geleerd, kon hij met de ogen dicht schrijven; hij gebruikte alleen zijn vingertoppen. Er konden weer woorden vanuit zijn hersenen op het papier vloeien. Hij was zo ingenomen met zijn Malling-Hansen dat hij er een klein lofdicht aan wijdde:

Und doch leicht zu verdrehn zumal auf Reisen
Schreibkugel ist ein Ding gleich mir: von Eisen
Geduld und Takt muss reichlich man besitzen
Und feins Fingerchen, ums zu benützen.

In maart berichtte een Berlijnse krant dat Nietzsche zich beter voelde dan ooit en dat hij dankzij zijn typemachine zijn schrijfactiviteiten weer hervat had.

Maar het apparaat had een subtiel effect op zijn werk. Een van Nietzsches goede vrienden, de schrijver en componist Heinrich Köselitz, bemerkte een verandering in zijn schrijfstijl. Nietzsches proza was compacter geworden, meer telegramstijlachtig. Zijn proza ademde ook een nieuwe energie, alsof de kracht van de machine – haar ijzeren kracht – via een mysterieus metafysisch mechanisme werd overgezet in de woorden die op de pagina kwamen. ‘Misschien dat je door dit instrument zelfs een nieuw idioom gaat hanteren,’ schreef Köselitz in een brief, waarbij hij vermeldde dat in zijn eigen werk ‘mijn gedachten in muziek en taal vaak afhankelijk zijn van de kwaliteit van pen en papier’.

‘Je hebt gelijk,’ antwoordde Nietzsche. ‘Ons schrijfgerei neemt deel aan het vormen van onze gedachten.’²

Terwijl Nietzsche leerde typen op zijn ‘schrijfkogel’ in Genua, werkte honderden kilometers verder noordoostelijk een jonge student geneeskunde, genaamd Sigmund Freud, als neurofysiologisch onderzoeker in een Weens laboratorium. Zijn specialiteit was het ontleden van zenuwstelsels van vissen en schaaldieren. Op grond van zijn experimenten kwam hij tot de conclusie dat de hersenen, net als andere organen, bestaan uit talrijke aparte cellen. Later bouwde hij zijn theorie uit en beweerde hij dat de ruimtes tussen de cellen – de ‘contactbarrières’, zoals hij ze noemde – een essentiële rol spelen bij de besturing van de hersenfuncties, en de vorming van ons geheugen en onze gedachten. Destijds weken de conclusies van Freud af van de algemeen aanvaarde wetenschappelijke opvattingen. De meeste doktoren en onderzoekers meenden dat de hersenen niet uit cellen bestonden maar veeleer uit één enkel, doorlopend geheel van zenuwvezels. En zelfs onder die personen die net als Freud geloofden dat de hersenen wel uit cellen bestonden, waren maar weinigen geïnteresseerd in wat zich afspeelde in de ruimtes tussen die cellen.³

Omdat hij verloofd was en behoefte had aan een hoger inkomen, liet Freud al snel zijn carrière als onderzoeker varen en begon hij een privépraktijk als psychoanalyticus. Maar latere studies bewezen het gelijk van zijn jeugdige theorieën. Gewapend met steeds krachtigere microscopen bevestigden wetenschappers het bestaan van losse zenuwcellen. Ook ontdekten ze dat die cellen – onze neuronen – overeenkomen met maar ook verschillen van de andere cellen in onze lichamen. Neuronen hebben een centrale kern of soma, die de gebruikelijke functies van een cel uitvoert. Maar neuronen hebben ook twee soorten tentakelachtige uitlopers – axonen en dendrieten – die elektrische prikkels versturen en ontvangen. Als een neuron actief is, gaat een prikkel vanuit de soma naar het uiteinde van de axon, waar chemische stoffen vrijkomen die we neurotransmitters noemen. De neurotransmitters stromen door de contactbarrières van Freud – synapsen heten ze nu – en zetten zich vast aan een dendriet van een naburige neuron. Daarmee wordt een nieuwe elektrische prikkel vrijgelaten (of onderdrukt) in die cel. De stroom van neurotransmitters door de synapsen zorgt ervoor dat neuronen met elkaar communiceren en dat elektrische signalen worden geleid langs complexe cellulaire paden. Gedachten, herinneringen en emoties komen allemaal voort uit de elektrochemische interacties van neuronen, die verlopen via synapsen.

Ook in de twintigste eeuw kwamen neurowetenschappers en psychologen tot een beter begrip van het verbazingwekkend complexe menselijke brein. Ze ontdekten dat er in onze schedel ongeveer honderdmiljard neuronen zitten die verschillende vormen aannemen en in lengte variëren van een paar tienden van een millimeter tot een halve meter of nog langer.⁴ Een doorsneeneuron heeft een hoop dendrieten (maar slechts één axon), en dendrieten en axonen kunnen een hoop vertakkingen en synaptische uiteinden hebben. De gemiddelde neuron maakt ongeveer duizend synaptische verbindingen en sommige neuronen kunnen er wel honderdduizend maken. De miljoenen, miljarden synapsen in ons hoofd verbinden onze neuronen tot een compact stelsel van schakelingen, op een manier die vooralsnog nog lang niet begrijpelijk is, en ze bepalen wat we denken, voelen, en wie we zijn.

Ook al is onze kennis over de fysieke werking van het brein in de afgelopen eeuw toegenomen, één oude veronderstelling bleef fier overeind: de meeste biologen en neurologen geloven nog steeds, zoals hun voorgangers dat al honderden jaren hadden gedaan, dat de structuur van het volwassen brein nooit verandert. Onze neuronen zouden zich tijdens onze jeugd, als onze hersenen nog plooibaar zijn, tot circuits verbinden, en naarmate we ouder worden zou het hele schakelsysteem onveranderlijk worden. De hersenen, zo was de heersende mening, waren als een betonnen bouwwerk. Nadat het beton in onze jeugd gegoten en gevormd was, werd het al snel hard en kreeg het zijn finale vorm. Wanneer we eenmaal twintig zijn, worden er geen nieuwe neuronen gevormd en geen nieuwe netwerken gesmeed. Natuurlijk zouden we tijdens ons leven nieuwe herinneringen op blijven slaan (en een paar oude kwijtraken), maar de enige structurele verandering van het volwassen brein was een langzaam proces van aftakeling naarmate het lichaam ouder werd en zenuwcellen afstierven.

Hoewel het geloof in de onveranderlijkheid van de volwassen hersenen diep was geworteld, waren er een paar ketters. Een handjevol biologen en psychologen meende op grond van het snel uitdijende hersenonderzoek dat ook de volwassen hersenen plooibaar of ‘plastisch’ waren. Gedurende ons hele leven zouden zich nieuwe neurale circuits kunnen vormen, dachten zij, en oude circuits zouden sterker of zwakker kunnen worden of helemaal verschrompelen. In een reeks lezingen die in 1950 door de BBC werden uitgezonden, beweerde de Britse bioloog J.Z. Young dat de structuur van het menselijk brein weleens voortdurend zou kunnen veranderen, zich aanpassend aan welke taak het moest vervullen. ‘Er is bewijs dat de cellen van onze hersenen zich letterlijk ontwikkelen en groter worden al naar gelang het gebruik en dat ze wegkwijnen wanneer ze ongebruikt blijven,’ zei hij. ‘Het zou daarom best zo kunnen zijn dat elke handeling een permanente afdruk achterlaat op het zenuwweefsel.’⁵

Young was niet de eerste die met een dergelijk idee kwam. Zeventig jaar eerder had de Amerikaanse psycholoog William James een vergelijkbaar inzicht onder woorden gebracht over het aanpassingsvermogen van de hersenen. In zijn baanbrekende boek Principles of Psychology schreef hij: ‘Het zenuwweefsel lijkt begiftigd te zijn met een bijzondere mate van plasticiteit.’ Net als bij andere organen ‘kunnen krachten van buiten of innerlijke spanningen van het ene uur op het andere die structuur laten veranderen’. James haalde een vergelijking aan die de Franse wetenschapper Léon Dumont had gemaakt in een eerdere verhandeling over de biologische gevolgen van gewoontegedrag. Hij vergeleek de effecten van ervaringen op het menselijk brein met de effecten van water op het land. ‘Stromend water holt een geul uit en die geul wordt steeds breder en dieper; en als het water later de andere kant op stroomt, dan volgt het de route die het eerder zelf heeft gemaakt. Op diezelfde manier maken de indrukken van objecten die buiten ons liggen steeds geschiktere paden in ons zenuwstelsel, en diezelfde vitale paden zie je terug bij gelijksoortige externe prikkels, zelfs als die prikkels een tijdlang afwezig zijn geweest.’⁶ Ook Freud nam een dergelijke afwijkende positie in. In ‘Project for a Scientific Psychology’, een manuscript dat hij in 1895 schreef maar nooit publiceerde, beweerde hij dat onze hersenen, en in het bijzonder de contactbarrières tussen neuronen, door onze ervaringen konden veranderen.⁷

Dergelijke speculaties werden, vaak minachtend, van de hand gewezen door de meeste hersenspecialisten en biologen. Die bleven geloven dat de plasticiteit van de hersenen na de jeugd ophield, dat de ‘vitale paden’, wanneer ze eenmaal waren aangelegd, niet verbreed of versmald konden worden, laat staan omgelegd. Zij schaarden zich achter Santiago Ramón y Cajal, de eminente Spaanse neuroanatoom en Nobelprijswinnaar die in 1913 verklaarde, op een toon die weinig tegenspraak duldde: ‘In de volwassen hersencentra liggen de zenuwpaden vast, zij hebben een eind en zijn onveranderlijk. Alles kan afsterven, niets kan geregenereerd worden.’⁸ In zijn jonge jaren had Ramón y Cajal zijn twijfels geuit over deze orthodoxe zienswijze. In 1894 beweerde hij nog dat het ‘denkorgaan binnen zekere grenzen kneedbaar is en te verbeteren door gerichte mentale oefening’⁹. Maar uiteindelijk huldigde hij het conventionele standpunt en werd hij een van de meest getuigende en gezaghebbende verdedigers ervan.

Het idee dat het volwassen brein niet meer verandert, kwam voort uit en werd onderbouwd door een metafoor uit de industriële revolutie waarbij de hersenen werden voorgesteld als een machine. Net als een stoommachine of een elektrische dynamo bestond het zenuwstelsel uit vele onderdelen en elk onderdeel vervulde een specifieke rol, die op een of andere essentiële manier bijdroeg aan het functioneren van het geheel. De onderdelen konden niet veranderen, noch van vorm noch in functie, omdat dit onvermijdelijk zou leiden tot de ineenstorting van de machine. Verschillende hersengebieden, en zelfs individuele circuits, hadden een nauwkeurig omschreven taak bij het verwerken van zintuiglijke waarnemingen, het aansturen van spieren en de vorming van herinneringen en gedachten. Deze taken, vastgelegd tijdens de jeugd, waren niet vatbaar voor veranderingen. Als het ging om de hersenen, kon men inderdaad stellen, zoals de Engelse dichter William Wordsworth schreef, dat het kind de vader is van de man.

Het idee van de hersenen als machine weerspiegelde én weerlegde de beroemde dualismetheorie die René Descartes in zijn Meditations uit 1641 had geponeerd. Descartes beweerde dat de hersenen en de menselijke geest in twee verschillende gebieden actief zijn, een stoffelijk en een etherisch gebied. Het fysieke brein was volgens hem net als de rest van het lichaam een puur mechanisch instrument dat als een klok of een pomp werkte, in overeenstemming met de bewegingen van de onderdelen. Maar volgens Descartes verklaarde dit niet hoe de bewuste geest werkte. De menselijke geest bestond, als de kern van het ego, buiten de ruimtelijke dimensie, voorbij de wetten van de materie. Geest en hersenen konden elkaar beïnvloeden (volgens Descartes via een mysterieuze werking van de pijnappelklier), maar het bleven totaal gescheiden eenheden. In een tijd van snelle wetenschappelijke vooruitgang en sociale onrust was het dualisme van Descartes voor veel mensen een troostrijk idee. De werkelijkheid had een materiële kant, die het domein was van de wetenschap, maar zij had ook een spirituele kant, die het domein was van de theologie – en die twee zouden altijd onverenigbaar zijn.

Terwijl de rede de nieuwe godsdienst van de Verlichting werd, was het concept van een onstoffelijke geest die buiten het bereik van observatie en experimenteren lag, steeds moeilijker te accepteren. Wetenschappers verwierpen het ‘geestelijke’ deel van Descartes’ dualisme, terwijl ze het idee van de hersenen als machine omarmden. Gedachten, herinneringen en emoties werden niet langer gezien als uitvloeisels van een spirituele wereld maar als het logische en vooraf vastgestelde resultaat van de fysieke werking van de hersenen. Het bewustzijn was eenvoudigweg een bijproduct van die werking. ‘Het woord “Geest” is verouderd,’ schreef een gezaghebbend neurofysioloog uiteindelijk.¹⁰ De machinemetafoor werd halverwege de twintigste eeuw nog verder uitgebreid en versterkt met de komst van de digitale computer – een ‘denkende machine’. Vanaf toen begonnen wetenschappers en filosofen onze hersencircuits en zelfs ons gedrag ‘hardwired’ te noemen, een term die ook gebruikt wordt voor de microscopische circuits die gegrift staan in de silicone substraten van een computerchip.

Vanaf het moment dat het concept van onveranderlijke volwassen hersenen steeds meer een dogma werd, kreeg het volgens de psychiater Norman Doidge de trekken van ‘neurologisch nihilisme’. Omdat het het idee creëerde ‘dat behandeling van veel hersenaandoeningen geen zin had of ongegrond was’, aldus Doidge, bood het mensen met psychische kwalen of hersenbeschadigingen weinig hoop op behandeling laat staan genezing. En terwijl dit idee ‘zich door onze cultuur verspreidde, beïnvloedde het onze algemene kijk op de menselijke natuur. Aangezien de hersenen niet konden veranderen, leek de menselijke natuur die daaruit voortkomt, noodzakelijkerwijs eveneens vaststaand en onveranderlijk.’¹¹ Er was geen regeneratie, er was alleen maar afsterving. We zaten vast in het beton van onze hersencellen – of in ieder geval in het beton van de heersende opvatting.

Het is 1968. Ik, een heel gewoon jongetje uit een Amerikaanse voorstad, ben negen jaar oud en speel in een bos in de buurt van ons huis. Op de tv zijn Marshall McLuhan en Norman Mailer in een discussie verwikkeld over de intellectuele en morele implicaties van wat Mailer omschrijft als de ‘versnelling naar een supertechnologische wereld’.¹² De film 2001 gaat in première en laat het bioscooppubliek verbijsterd, geamuseerd of geïrriteerd achter. En in een verlaten laboratorium aan de Universiteit van Wisconsin in Madison boort Michael Merzenich een gaatje in de schedel van een aap.

Merzenich, 26 jaar oud, is op dat moment net afgestudeerd in de fysiologie aan de Johns Hopkins-universiteit, waar hij studeerde onder Vernon Mountcastle, een baanbrekend neurowetenschapper. Merzenich is naar Wisconsin gekomen om postdoctoraal onderzoek te doen naar herseninrichting. Al jaren is dan bekend dat elk deel van het menselijk lichaam vertegenwoordigd is in een corresponderend deel van de cerebrale cortex, de gerimpelde buitenste laag van de hersenen. Als bepaalde zenuwcellen in de huid worden gestimuleerd – bijvoorbeeld door aanraking of knijpen – zenden ze een elektrische prikkel door het ruggenmerg naar een bepaald cluster van neuronen in de cortex, die de aanraking of het knijpen vertaalt in een bewuste sensatie. In de jaren dertig had de Canadese neurochirurg Wilder Penfield elektrische sondes gebruikt om de zintuiglijke gebieden van de menselijke hersenen voor het eerst in kaart te brengen. Maar de sondes van Penfield bestonden uit vrij grove instrumenten, en zijn ‘kaarten’ van het menselijk brein waren destijds weliswaar baanbrekend maar niet erg nauwkeurig. Merzenich gebruikt een nieuw soort sonde, een haardunne micro-elektrode, waarmee hij veel nauwkeuriger ‘kaarten’ kan maken. Die kunnen hem, hoopt hij, nieuw inzicht verschaffen in de structuur van de hersenen.

Nadat hij een stuk van de apenschedel heeft verwijderd en een klein deel van de hersenen heeft blootgelegd, brengt hij een micro-elektrode in in dát deel van de hersenschors dat de zintuiglijke waarnemingen registreert van een van de apenhanden. Hij begint op verschillende plekken tegen de hand te tikken tot het neuron naast de elektrode aanslaat. Nadat hij stelselmatig binnen een tijdsbestek van een paar dagen de elektrode duizenden keren heeft ingebracht en er weer uitgehaald, heeft hij ten slotte een ‘microkaart’ die heel gedetailleerd, van elke individuele cel, laat zien hoe de hersenen van de aap verwerken wat zijn hand voelt. Merzenich herhaalt dit lastige experiment met vijf andere apen.

Vervolgens begint hij aan de tweede fase van zijn experiment. Met behulp van een scalpel maakt hij sneetjes in de handen van de dieren, de gevoelszenuw doorsnijdend. Hij wil weten hoe de hersenen reageren wanneer een beschadigd zenuwstelsel moet genezen. Wat hij ontdekt, verbaast hem. Zoals verwacht groeien de zenuwen in de apenhanden weer lukraak aan en raken de hersenen in de war. Wanneer Merzenich bijvoorbeeld een van de onderste vingergewrichten van de apenhanden aanraakt, zeggen de hersenen tegen het dier dat het gevoel uit de vingertop komt. De signalen kruisen elkaar en de hersenkaart is in de war. Maar wanneer Merzenich dezelfde test een paar maanden later uitvoert, merkt hij dat de mentale verwarring is opgelost. Wat de hersenen van de aap nu doorgeven over wat er met zijn handen gebeurt, sluit exact aan bij de werkelijkheid. Merzenich beseft dat de hersenen zich gereorganiseerd hebben. De neurale paden van het dier hebben zich verweven tot een nieuwe ‘kaart’ die correspondeert met een nieuwe rangschikking van de zenuwen in de handen.

Eerst kan Merzenich niet geloven wat hij ziet. Net als elke andere neurowetenschapper heeft hij geleerd dat de structuur van de volwassen hersenen vastligt. Toch heeft hij zojuist in zijn laboratorium gezien dat bij de hersenen van zes apen sprake is van een snelle en omvangrijke herstructurering op het niveau van de hersencellen. ‘Ik wist dat het een verbazingwekkende reorganisatie was maar ik kon haar niet verklaren,’ zal hij later zeggen. ‘Nu ik erop terugkijk, realiseer ik me dat ik een bewijs had gezien van neuroplasticiteit. Maar destijds wist ik dat niet. Ik kende het verschijnsel dat ik zag simpelweg niet. En bovendien, in de reguliere neurowetenschap zou niemand geloven dat plasticiteit op deze schaal voorkwam.’¹³

Merzenich publiceert de resultaten van zijn onderzoek in een wetenschappelijk tijdschrift.¹⁴ Niemand besteedt er veel aandacht aan. Maar hij weet dat hij iets op het spoor is en in de daaropvolgende dertig jaar voert hij nog veel meer experimenten op veel meer apen uit, die allemaal wijzen op een aanzienlijke hersenplasticiteit van volwassen primaten. In een artikel uit 1983 over een van de experimenten verklaart Merzenich vastberaden: ‘Deze resultaten zijn volledig in tegenspraak met het idee dat zintuiglijke systemen als een reeks hardwired machines zouden zijn.’¹⁵ Nadat het eerst wordt weggewoven, begint de neurologische wereld zijn nauwgezette onderzoek op te merken. Het resultaat is dat alle gevestigde theorieën over hoe het menselijk brein werkt, kritisch onder de loep genomen worden. Onderzoekers ontdekken opeens een spoor van experimenten die van plasticiteit getuigen, te beginnen bij die van William James en Sigmund Freud. De oude, lang genegeerde onderzoeken worden vanaf dat moment serieus genomen.

Vanaf het moment dat de hersenwetenschap vordert, worden de bewijzen voor plasticiteit sterker. Met behulp van nieuwe, gevoelige hersenscanapparaten, en van micro-elektrodes en andere sondes, voeren neurowetenschappers meer experimenten uit, niet alleen op proefdieren maar ook op mensen. Al deze experimenten bevestigen Merzenichs bevindingen. Ze laten bovendien zien dat de plasticiteit van de hersenen zich niet beperkt tot de somatosensorische schors, het gebied dat ons tastzintuig bestuurt. Het is universeel. Vrijwel al onze neurale circuits – of ze nu te maken hebben met voelen, zien, horen, bewegen, denken, leren, waarnemen of herinneren – zijn onderhevig aan verandering. De heersende opvattingen konden aan de kant.

Het blijkt dat de volwassen hersenen niet zomaar plastisch zijn maar ‘zeer plastisch’ zoals James Olds beweert.¹⁶ Hij is hoogleraar neurowetenschappen en hoofd van het Krasnow Institute for Advanced Study aan de George Mason-universiteit. Of, zoals Merzenich het zelf verwoordt: ‘extreem plastisch’.¹⁷ De plasticiteit neemt af naarmate we ouder worden maar verdwijnt nooit. Onze neuronen breken constant oude verbindingen af en vormen nieuwe, en voortdurend worden gloednieuwe zenuwcellen gecreeerd. ‘De hersenen,’ aldus Olds, ‘hebben het vermogen om zich vliegensvlug te herprogrammeren en zo de manier waarop ze functioneren te veranderen.’

We weten nog steeds niet tot in detail hoe de hersenen zich herprogrammeren maar het is duidelijk dat, zoals Freud al opperde, het geheim voornamelijk ligt in de rijke chemische soep van onze synapsen. Wat zich afspeelt in de microscopische ruimten tussen onze neuronen is uitermate gecompliceerd, maar in eenvoudige termen draait het om diverse chemische reacties die bepaalde ervaringen in neurale paden registreren en opslaan. Telkens wanneer we een taak uitvoeren of een gevoel ervaren – of dat nu fysiek of mentaal is – wordt in onze hersenen een reeks neuronen geactiveerd. Als die neuronen vlak bij elkaar liggen, voegen ze zich samen via de uitwisseling van synaptische neurotransmitters, zoals aminozuur glutamaat.¹⁸ Wanneer dezelfde ervaring zich herhaalt, worden de synaptische verbindingen tussen de neuronen sterker en talrijker door zowel fysiologische veranderingen, zoals het vrijkomen van hogere concentraties neurotransmitters, als door anatomische veranderingen, zoals de vorming van nieuwe neuronen of de groei van synaptische uiteinden op bestaande axonen en dendrieten. Synaptische verbindingen kunnen ook zwakker worden als reactie op bepaalde ervaringen, wederom als gevolg van fysiologische en anatomische veranderingen. Wat we leren tijdens ons leven is ingebed in de voortdurend veranderende cellulaire verbindingen in ons hoofd. De ketens van verbonden neuronen vormen de ware vitale paden van onze geest. Wanneer wetenschappers tegenwoordig de essentiële dynamiek van de neuroplasticiteit willen samenvatten, halen ze een spreuk aan die bekendstaat als de wet van Hebb: ‘Cells that fire together wire together’, oftewel ‘Cellen die elkaar activeren, blijven in elkaars buurt’.

Een van de eenvoudigste en toch meest overtuigende demonstraties van hoe synaptische verbindingen veranderen, werd geleverd door een reeks experimenten die de bioloog Eric Kandel begin jaren zeventig uitvoerde op een grote zeeslak genaamd Aplysia. (Zeewezens zijn erg geschikt voor neurologische testen omdat ze vaak eenvoudige zenuwstelsels hebben en grote zenuwcellen.) Kandel, die later een Nobelprijs zou krijgen, merkte dat wanneer je de kieuw van een slak aanraakt, ook al is het maar heel licht, de kieuw zich onmiddellijk, als in een reflex, terugtrekt. Maar als je de kieuw herhaaldelijk aanraakt, zonder enige schade toe te brengen aan het dier, dan zal het terugtrekken geleidelijk afnemen. De slak zal wennen aan de aanraking en leren om die te negeren. Door de zenuwstelsels van slakken te observeren kwam Kandel tot de ontdekking dat ‘deze aangeleerde verandering in gedrag parallel liep met een voortschrijdende verzwakking van de synaptische verbindingen’ tussen de sensorische neuronen die de aanraking ‘waarnemen’ en de motorische neuronen die de kieuw aansporen zich terug te trekken. In een normale toestand heeft ongeveer 90 procent van de sensorische neuronen in de slakkenkieuw verbindingen met motorische neuronen. Maar wanneer de kieuw slechts veertig keer is aangeraakt, is nog maar 10 procent van de sensorische cellen verbonden met de motorische. Het onderzoek ‘liet overtuigend zien,’ schreef Kandel, ‘dat synapsen grote en blijvende veranderingen in sterkte kunnen ondergaan na relatief weinig training.’¹⁹

De plasticiteit van onze synapsen verzoent twee filosofieën over de geest die eeuwenlang met elkaar in tegenspraak zijn geweest: het empirisme en het rationalisme. In de optiek van empiristen zoals John Locke worden we geboren met een blanco geest, een ‘tabula rasa’. Alles wat we weten, komt voort uit onze ervaringen, door datgene wat we tijdens ons leven leren. Of simpeler gezegd: wij zijn de producten van onze opvoeding (nurture) en niet van onze genen (nature). In de optiek van rationalisten zoals Immanuel Kant komen we ter wereld met ingebouwde mentale ‘sjablonen’ die bepalen hoe we de wereld zien en begrijpelijk maken. Al onze ervaringen worden gefilterd door deze sjablonen. Onze genen overheersen.

De experimenten op Aplysia lieten zien dat ‘beide gezichtspunten hun waarde hebben, dat ze elkaar zelfs aanvulden’, zoals Kandel verklaarde. Onze genen ‘definiëren’ veel van ‘de verbindingen tussen neuronen, dat wil zeggen: ze bepalen welke neuronen synaptische verbindingen vormen met andere neuronen en wanneer’. Die genetisch bepaalde verbindingen vormen de aangeboren sjablonen van Kant en de basale architectuur van de hersenen. Maar onze ervaringen reguleren de kracht of de langetermijnwerking van die verbindingen. Op die manier is er, zoals Locke beweerde, sprake van een voortdurende hervorming van de geest, en ruimte voor ‘de expressie van nieuwe gedragspatronen’.²⁰ De tegengestelde filosofieën van het empirisme en het rationalisme vinden elkaar in de synaps. De neurowetenschapper Joseph LeDoux, verbonden aan de Universiteit van New York, zegt in zijn boek Synaptic Self dat aanleg (nature) en opvoeding (nurture) ‘eigenlijk dezelfde taal spreken. Beide bereiken ze uiteindelijk hun mentale en gedragsmatige effecten door de synaptische organisatie van de hersenen.’²¹

Niet langer beschouwen we de hersenen als een machine. Hoewel verschillende gebieden verbonden zijn met verschillende mentale functies, vormen de cellulaire componenten geen permanente structuren en spelen zij geen rigide rol. Ze zijn flexibel. Ze veranderen onder invloed van ervaringen, omstandigheden en behoeften. Sommige van de meest ingrijpende en opmerkelijke veranderingen doen zich voor als het zenuwstelsel schade is aangebracht. Experimenten laten bijvoorbeeld zien dat wanneer een persoon blind wordt, het deel van de hersenen dat zich bezighield met het verwerken van visuele prikkels – de visuele cortex – niet zomaar ‘op zwart gaat’. Het wordt snel overgenomen door circuits die gebruikt worden voor het verwerken van geluiden. En als de blinde het brailleschrift leert, zal de visuele cortex weer ingezet worden om informatie te verwerken die het tastzintuig aanlevert.²² ‘Het lijkt erop dat neuronen input willen ontvangen,’ zeg Nancy Kanwisher, verbonden aan het McGovern Institute voor hersenonderzoek. ‘Als de gebruikelijke input verdwijnt, beginnen ze te reageren op het beste wat in de buurt komt.’²³ Doordat neuronen zich makkelijk aanpassen, kunnen het gehoor en het tastgevoel scherper worden en zo de effecten van het verlies van gezichtsvermogen compenseren. Vergelijkbare veranderingen doen zich voor in de hersenen van mensen die doof worden: andere zintuigen worden sterker om het verlies van het gehoor te compenseren. Het gebied in de hersenen dat zorgt dat je verderaf gelegen zaken kunt zien, wordt bijvoorbeeld groter, waardoor doven kunnen zien wat ze voorheen gehoord zouden hebben.

Proeven met mensen die als gevolg van een ongeval een arm of been verloren hebben, tonen eveneens aan hoezeer de hersenen zich kunnen reorganiseren. De hersengebieden die eerder de sensatie registreerden van de verloren ledematen, worden snel overgenomen door circuits die het gevoel van andere delen van het lichaam registreren. Zo onderzocht neuroloog V.S. Ramachandran, hoofd van het Center for Brain and Cognition van de Universiteit van Californië, een jongen die bij een verkeersongeluk zijn linkerarm was kwijtgeraakt. Ramachandran ontdekte dat als hij de jongen zijn ogen liet sluiten en vervolgens verschillende delen van zijn gezicht aanraakte, deze jongen dacht dat zijn ontbrekende arm werd aangeraakt. Op een gegeven moment raakte Ramachandran een plek aan onder de neus van de jongen en vroeg: ‘Waar voel je dat?’ De jongen antwoordde: ‘Aan mijn linkerpink. Het tintelt.’ De ‘hersenkaart’ van de jongen werd opnieuw ingedeeld en de neuronen herschikten zich voor nieuwe taken.²⁴ Op grond van dergelijke experimenten weten we nu dat de zogenaamde fantoompijn die deze mensen voelen grotendeels toe te schrijven is aan neuroplastische veranderingen in de hersenen.

De toenemende kennis over het aanpassingsvermogen van de hersenen heeft geleid tot nieuwe therapieën voor aandoeningen die tot voor kort als onbehandelbaar golden.²⁵ In zijn boek The Brain That Changes Itself uit 2007 vertelt Doidge het verhaal van Michael Bernstein. Op 54-jarige leeftijd werd Bernstein getroffen door een ernstige beroerte. Een gebied in zijn rechterhersenhelft die de beweging in de linkerzijde van zijn lichaam regelde, raakte beschadigd. Via normale fysieke therapie kreeg hij een deel van zijn motoriek weer terug, maar zijn linkerhand bleef verlamd en hij kon alleen maar met een stok lopen. Tot voor kort zou dat het einde geweest zijn van het verhaal. Bernstein echter meldde zich aan voor experimentele therapie aan de Universiteit van Alabama onder leiding van de neuroplastisch onderzoeker Edward Taub. Maar liefst acht uur per dag en zes dagen per week gebruikte Bernstein zijn linkerhand en zijn linkerbeen om allerlei routinematige taken uit te voeren die hij steeds moest herhalen. De ene dag kreeg hij bijvoorbeeld de opdracht ramen te lappen en de volgende dag de letters van het alfabet over te trekken. De herhaalde handelingen waren een middel om zijn neuronen en synapsen over te halen om nieuwe circuits te vormen. Deze moesten de taken overnemen die voorheen werden uitgevoerd door circuits in het beschadigde gedeelte van de hersenen. Binnen een paar weken kreeg Bernstein vrijwel alle beweging terug in zijn hand en been, zodat hij zijn normale dagelijkse routine weer kon oppakken en zijn stok weg kon gooien. Veel van Taubs patiënten hebben vergelijkbare sterke verbeteringen ervaren.

Een groot deel van de vroege bewijzen van neuroplasticiteit werd geleverd door de reactie te bestuderen van de hersenen op beschadigingen, of het nu ging om het doorsnijden van zenuwen in de handen van Merzenichs apen of om het verlies van het gezichtsvermogen of ledematen bij mensen. Dit leidde ertoe dat sommige wetenschappers zich afvroegen of de flexibiliteit van de volwassen hersenen zich beperkte tot extreme situaties. Misschien, zo redeneerden ze, is plasticiteit in essentie een genezingsmechanisme dat in gang wordt gezet door een beschadiging aan de hersenen of gevoelsorganen. Latere experimenten hebben aangetoond dat dit niet het geval is. Ook gezonde, normaal functionerende zenuwstelsels lieten grootschalige en blijvende plasticiteit zien, zodat neurowetenschappers tot de conclusie kwamen dat onze hersenen altijd in beweging zijn en dat ze zich aanpassen aan zelfs de kleinste veranderingen in onze omstandigheden en gedrag. ‘We hebben geleerd dat neuroplasticiteit niet alleen mogelijk is, maar dat ze zelfs voortdurend plaatsvindt,’ schrijft Mark Hallett, hoofd van de afdeling Medische Neurologie van de National Institutes of Health. ‘Op die manier passen we ons aan aan veranderende omstandigheden, leren we nieuwe feiten en ontwikkelen we nieuwe vaardigheden.’²⁶

‘Plasticiteit is de normale voortdurende staat van ons zenuwstelsel tijdens ons hele leven,’ aldus Alvaro Pascual-Leone, vooraanstaand onderzoeker op het gebied van neurologie aan de Harvard Medical School. Onze hersenen veranderen constant als reactie op onze ervaringen en ons gedrag. Ze brengen veranderingen aan in hun circuits bij ‘elke sensorische input, motorische handeling, associatie, beloningssignaal, gedragsplan of (verandering in) bewustzijn’. Neuroplasticiteit is volgens Pascual-Leone een van de belangrijkste producten van de evolutie, een eigenschap die het zenuwstelsel in staat stelt ‘aan de beperkingen van zijn eigen genoom te ontsnappen en zich zodoende aan te passen aan druk vanuit de omgeving, fysiologische veranderingen en ervaringen’.²⁷ Het geniale van de constructie van onze hersenen is dat ze juist niet veel hardwire, vastliggende verbindingen, bevat. In zijn boek Adapting Minds, waarin hij de evolutionaire psychologie kritisch tegen het licht houdt, schrijft de filosoof David Buller dat natuurlijke selectie ‘niet geleid heeft tot hersenen die bestaan uit een aantal geprefabriceerde aanpassingen’, maar veeleer tot hersenen die in staat zijn ‘om zich aan te passen aan lokale omgevingseisen van een individu tijdens zijn leven en soms tijdens een periode van een paar dagen, door het vormen van gespecialiseerde structuren die inspelen op die eisen’.²⁸ De evolutie heeft ons hersenen gegeven die letterlijk van karakter, en van gedachten, kunnen veranderen, steeds maar weer.

Onze wijze van denken, waarnemen en handelen wordt, zoals we nu weten, niet geheel en al bepaald door onze genen, noch door ervaringen uit onze jeugd. Wij veranderen de gedachtegangen door onze manier van leven en, zoals Nietzsche terecht observeerde, door de hulpmiddelen die we gebruiken. Jaren voordat Edward Taub zijn revalidatiekliniek in Alabama opende, voerde hij een beroemd experiment uit op een groep rechtshandige vioolspelers. Met behulp van een machine die neurale activiteit registreerde, mat hij de gebieden van hun sensorische hersenschors, die de signalen verwerkten van hun linkerhand, de hand die zij gebruikten om de snaren van hun instrumenten te bespelen. Hij mat dezelfde gebieden ook bij een groep rechtshandige vrijwilligers die nooit een muziekinstrument hadden bespeeld. Hij ontdekte dat de hersengebieden van de violisten significant groter waren dan die van de niet-musici. Daarna mat hij bij al zijn testpersonen de omvang van de hersenschorsgebieden die de zintuiglijke waarnemingen verwerkten van hun rechterhand. In dit geval trof hij geen verschil aan tussen de musici en de nietmusici. Het bespelen van een viool, een stuk muzikaal gereedschap, had substantiële fysieke veranderingen in de hersenen teweeggebracht. Dat gold zelfs voor die musici die pas als volwassenen met vioolspelen waren begonnen.

Wetenschappers die apen en andere dieren aanleren om eenvoudige stukken gereedschap te gebruiken, hebben gemerkt hoe ingrijpend de hersenen beïnvloed kunnen worden door technologie. Zo werden apen getraind om met behulp van harken en tangen stukken voedsel te pakken waar ze anders niet bij hadden gekund. Toen wetenschappers de neurale activiteit van de dieren observeerden tijdens deze trainingen, constateerden ze een significante groei in de visuele en motorische gebieden die verantwoordelijk zijn voor de besturing van de handen. Maar ze ontdekten ook nog iets veel verbazingwekkenders: de harken en tangen raakten geïncorporeerd in de hersenkaarten van de apenhanden. De gereedschappen waren, tenminste volgens de hersenen van de dieren, deel geworden van hun lichaam. De onderzoekers die de experimenten uitvoerden, verklaarden dat de apenhersenen zich begonnen te gedragen ‘alsof de tangen nu vingers van de hand waren’.²⁹

Niet alleen herhaalde fysieke handelingen kunnen onze hersenen herverbinden, ook puur mentale activiteiten kunnen onze neurale circuits veranderen, soms op een verstrekkende manier. Eind jaren negentig onderzocht een groep Britse geleerden de hersenen van zestien Londense taxibestuurders die tussen de twee en tweeënveertig jaar achter het stuur hadden gezeten. Toen ze de hersenscans vergeleken met die van een controlegroep, zagen ze dat bij de taxichauffeurs de achterste hippocampus, een deel van de hersenen dat een belangrijke rol speelt in het opslaan en manipuleren van ruimtelijke voorstellingen van de omgeving, veel groter was dan gemiddeld. En hoe meer dienstjaren een taxichauffeur erop had zitten, hoe groter zijn achterste hippocampus was. Ook ontdekten de onderzoekers dat bij de taxichauffeurs een deel van de voorste hippocampus kleiner was dan het gemiddelde, vermoedelijk als gevolg van de noodzaak om de vergroting van het achterste gebied mogelijk te maken. Andere onderzoeken wezen uit dat de krimping van de voorste hippocampus mogelijk de gave had verminderd om andere herinneringen vast te houden. De constante verwerking van ruimtelijke gegevens, noodzakelijk om de weg te vinden door het ingewikkelde stratensysteem van Londen, is ‘verbonden met een relatieve herverdeling van grijze massa in de hippocampus’.³⁰

Een ander experiment, uitgevoerd door Pascual-Leone toen hij verbonden was aan de National Institutes of Health, laat nog overtuigender zien hoe onze denkpatronen invloed hebben op de anatomie van onze hersenen. Pascal-Leone verzamelde een groep mensen die geen ervaring had met pianospelen. Hij leerde ze een simpele melodie bestaande uit een korte reeks noten. Vervolgens deelde hij de groep in tweeën. De volgende vijf dagen liet hij de ene helft de melodie twee uur per dag oefenen op een keyboard. De andere helft moest hetzelfde aantal uren voor een keyboard gaan zitten, maar zij moesten zich alleen voorstellen dat ze de melodie speelden, zonder een toets aan te raken. Met behulp van een techniek genaamd transcranial magnetic stimulation, of TMS, bracht Pascual-Leone de hersenactiviteit van alle deelnemers in kaart, vóór, tijdens en na de test. Hij kwam tot de conclusie dat de mensen die zich alleen maar hadden voorgesteld dat ze de melodie speelden, precies dezelfde veranderingen in hun hersenen vertoonden als degenen die werkelijk de toetsen hadden beroerd.³¹ Hun hersenen waren veranderd als reactie op handelingen die volledig in hun verbeelding plaatsvonden – dat wil zeggen als reactie op hun gedachten. Descartes zat misschien fout met zijn dualisme, maar zijn overtuiging dat onze gedachten een fysieke invloed kunnen uitoefenen op onze hersenen, of op z’n minst daarin een fysieke reactie kunnen veroorzaken, lijkt te kloppen. Wij worden, neurologisch gezien, wat we denken.

In een essay in de New York Review of Books wees Michael Greenberg in 2008 op de poëtische kant van de neuroplasticiteit. Hij merkte op dat ons neurologische systeem ‘met zijn vertakkingen en transmitters en ingenieus overbrugde gaten, een geïmproviseerde kwaliteit bezit die een afspiegeling lijkt van de onvoorspelbaarheid van het denken zelf. Het is een voorbijgaande plek die verandert naarmate onze ervaring verandert.’³² Er zijn veel redenen om dankbaar te zijn dat de hardware van onze hersenen zo makkelijk in staat is zich aan te passen aan ervaringen, dat zelfs oude hersenen nieuwe trucjes kunnen leren. Het aanpassingsvermogen van de hersenen heeft niet alleen gezorgd voor nieuwe behandelmethodes en nieuwe hoop voor degenen die leiden aan hersenbeschadigingen of ziektes, het verschaft ons allemaal een geestelijke flexibiliteit, een intellectuele soepelheid, die ons in staat stelt ons aan te passen aan nieuwe situaties, nieuwe vaardigheden te leren en in algemene zin onze horizon te verbreden.

Maar er is niet alleen goed nieuws. Hoewel de neuroplasticiteit een vluchtweg biedt uit het genetisch determinisme, een ontsnappingsmiddel voor de vrije gedachte en de vrije wil, legt het ook een eigen vorm van determinisme op aan ons gedrag. Naarmate bepaalde circuits in onze hersenen sterker worden door de herhaling van een fysieke of mentale activiteit, verandert die activiteit in een gewoonte. Volgens Doidge zitten we opgezadeld met een paradox. Want ondanks alle geestelijke flexibiliteit die de neuroplasticiteit ons verschaft, kan zij uiteindelijk leiden tot ‘rigide gedragingen’.³³ De chemisch aangestuurde synapsen die onze neuronen verbinden, programmeren ons zodanig dat we de circuits die ze gevormd hebben willen blijven trainen. Als we eenmaal een nieuw circuit in onze hersenen hebben bedraad, dan ‘willen we dat circuit actief houden’, aldus Doidge.³⁴ Dat is de manier waarop de hersenen hun werking afstellen. Routinematige activiteiten worden steeds sneller en efficiënter uitgevoerd, terwijl ongebruikte circuits weggesnoeid worden.

Met andere woorden: plasticiteit is niet hetzelfde als elasticiteit. Onze neurale lussen schieten niet terug naar hun oorspronkelijke staat zoals elastiek dat doet; ze klampen zich vast aan hun nieuwe vorm. En niets zegt ons dat die nieuwe vorm ook een wenselijke is. Slechte gewoontes kunnen even makkelijk diep in onze neuronen wortelen als goede. Pascual-Leone merkt op dat ‘plastische veranderingen niet per se gedragsmatige winst hoeven op te leveren voor de persoon in kwestie’. Behalve dat het ‘een mechanisme voor ontwikkeling en leren is’, kan plasticiteit ook ‘een oorzaak zijn van pathologie’.³⁵

Het is niet verwonderlijk dat neuroplasticiteit verbonden wordt met geestelijke aandoeningen, variërend van depressies tot obsessief-compulsief gedrag of zelfs oorsuizingen. Hoe meer iemand zich concentreert op zijn symptomen, hoe dieper die symptomen gegrift raken in zijn neurale circuits. In de ergste gevallen traint het verstand zich in feite om ziek te zijn. Ook veel verslavingen worden erger door de versterking van plastische paden in de hersenen. Zelfs zeer kleine doses van verslavende drugs kunnen de stroom van neurotransmitters in iemands synapsen ingrijpend veranderen, wat kan leiden tot langdurige aanpassingen in de hersencircuits en daardoor ook in het functioneren van de hersenen. In sommige gevallen lijkt de opbouw van bepaalde soorten neurotransmitters zoals dopamine, het plezier opwekkende neefje van adrenaline, te leiden tot de in- of uitschakeling van bepaalde genen, zodat de behoefte aan de drug nog groter wordt. Zo worden de vitale paden dodelijk.

Het gevaar van onwelkome neuroplastische aanpassingen ligt ook op de loer bij het normale, alledaagse functioneren van onze hersenen. Experimenten tonen aan dat de hersenen nieuwere of sterkere circuits kunnen bouwen door fysieke of mentale oefening, maar dat die circuits ook zwakker kunnen worden of uiteen kunnen vallen wanneer ze verwaarloosd worden. ‘Als we onze mentale vaardigheden niet langer gebruiken, dan vergeten we ze niet alleen, maar dan wordt de “kaartruimte” voor die vaardigheden toegewezen aan vaardigheden die we wél beoefenen,’ aldus Doidge.³⁶ Jeffrey Schwartz, hoogleraar psychiatrie aan de Universiteit van Californië, betitelt dit proces als de ‘survival of the busiest’, de overleving van de drukste.³⁷ De mentale vaardigheden die we opofferen kunnen even kostbaar of nog kostbaarder zijn dan de vaardigheden die we winnen. Als het gaat om de kwaliteit van ons denken, zijn onze neuronen en synapsen totaal onverschillig. De mogelijkheid van intellectueel verval is inherent aan de plooibaarheid van onze hersenen.

Dit betekent niet dat we, met de nodige moeite, onze neurale signalen niet opnieuw kunnen sturen en de vaardigheden die we verloren hebben, niet opnieuw kunnen construeren. Wel betekent het dat, zoals Dumont begreep, de vitale paden in onze hersenen de paden van de minste weerstand worden. Het zijn de paden die de meesten van ons meestal bewandelen, en hoe verder we ze betreden hoe moeilijker het wordt om om te keren.