De menselijke hersenen ontwikkelen zich in de baarmoeder, en nog een paar jaar daarna. Dat was althans tot nu toe de gedachte. Maar nieuwe hersenscans suggereren dat het brein rond de puberteit een tweede groeispurt vertoont.
‘Veel van wat ik leerde tijdens mijn studie medicijnen, bleek achteraf niet waar te zijn,’ zegt Jay Giedd, kinderpsychiater bij het National Institute of Mental Health in het Amerikaanse Bethesda. Wat dat betreft kan de onderzoeker meer dan tevreden zijn: samen met enkele Canadese collega’s voegde hij kort geleden een nieuwe misvatting aan de bestaande verzameling toe.
Als eerste bekeek Giedd op grote schaal en in detail hoe de hersenen van opgroeiende kinderen zich ontwikkelen. Met een verrassend resultaat: anders dan altijd gedacht, blijkt in ons brein de ‘grijze massa’ nog tot in de puberjaren toe te nemen. Pas daarna begint de selectieve afbraak van onderlinge verbindingen, die ons langzaam maar zeker van onze geestelijke flexibiliteit berooft.
Die ontdekking heeft heuglijke kanten: de hersenen zijn wellicht langer en beter kneedbaar dan gedacht. Maar tegelijk, meent Giedd, bevat zijn werk een waarschuwing; dat wat tijdens de puberteit niet wordt aangesproken, misschien voorgoed verloren gaat.
Volgens de leerboeken zijn onze hersenen rond de geboorte zo ongeveer op topcapaciteit. Niet dat ze erg diep kunnen denken, maar de meeste zenuwcellen zijn al wel gevormd. In de jaren die volgen, worden vooral oneindige aantallen verbindingen tussen de cellen gelegd. Een peuter van drie, zo is de schatting, heeft ongeveer twee keer zo veel van zulke verbindingen als een volwassene.
Na het derde jaar groeit het brein nog wel in omvang, maar niet in complexiteit. Wat toeneemt is de ‘witte massa’, bestaand uit bundels lange zenuwbanen omgeven door een dikke isolatielaag. De ‘grijze massa’, waar het eigenlijke denkwerk wordt verricht door zenuwcellen en hun miljarden onderlinge schakelingen, krimpt vanaf een jaar of tien weer in. Onder de hersenpan is simpelweg niet genoeg ruimte en voedsel aanwezig om alle cellen en hun verbindingen te laten voortbestaan.
Mede door tal van dierexperimenten, die tonen dat ervaringen vlak na de geboorte onuitwisbaar kunnen worden ‘ingeprent’, ontstond hieruit een sterk vermoeden: de eerste jaren van een mensenleven zijn voor de ontwikkeling van de hersenen cruciaal. Hoe meer zenuwverbindingen hoe beter, en voor schakelingen die op je derde nog niet zijn aangelegd, is de kans voorgoed verkeken.
Sindsdien hangen miljoenen kinderkamers vol felle, primaire kleuren, in de hoop het babybrein zoveel mogelijk te stimuleren. Zo populair werd de hypothese, dat moderne babykamers met stereo-installaties worden uitgerust: Cd’s met titels als Beethoven for Babies – Brain Training for Little Ones moeten er zorgen voor een hoog IQ.
In werkelijkheid is niet zo veel bekend over de manier waarop kinderhersenen zich ontwikkelen. Dat ontdekte ook Giedd, toen hij jaren geleden de wetenschappelijke literatuur doorzocht. Om te kunnen bepalen of hyperactieve kinderen bijzondere hersenen hadden, zocht hij in de bibliotheek naar gegevens over hersenen van ‘normale’ leeftijdsgenoten. Die moeite bleek vrijwel vergeefs. ‘Kinderen overlijden gelukkig zelden’, zegt de onderzoeker, ‘en zelfs als dat gebeurt, worden hun hersenen vrijwel nooit ontleed.’
Ook hersenscans van gezonde kinderen waren zeldzaam, omdat tot voor kort voor elke scan nog radioactieve straling nodig was.
De enorme variatie in de toch al schaarse gegevens, maakte het probleem nog groter. Giedd: ‘Het ene kinderbrein kon twee keer zo groot zijn als het andere, en toch deden ze het allebei even goed op school.’
Zo gebrekkig was de informatie, dat door de wolk van wijdverspreide meetpunten nauwelijks een zinvolle lijn te trekken viel. Een afname van de grijze massa, was de enige conclusie die er schijnbaar uit te trekken viel.
De komst van Magnetic Resonance Imaging (MRI), een scanmethode die voor de proefpersoon ongevaarlijk is, zorgde voor een ommekeer: voor het eerst konden niet alleen de hersenen van gezonde kinderen worden bekeken, de procedure kan ook nog eens zonder problemen worden herhaald.
Honderden scans van kinderhersenen wist Giedd daardoor de afgelopen jaren te maken, van sommige kinderen zelfs drie of meer. Zijn einddoel is een bestand met bijna drieduizend hersenscans, afkomstig van duizend kinderen in alle leeftijdscategorieën.
Maar nu al zorgt de unieke verzameling afbeeldingen van kinderbreinen voor verrassende conclusies. Zo blijken menselijke hersenen na het vijfde jaar nauwelijks meer groter te worden. De omvang van het hoofd neemt nog wel toe, maar de extra ruimte wordt ingenomen door hersenvocht en dikkere beenderen.
Wat echter niet gelijk blijft is de samenstelling van het brein. Zoals verwacht neemt de witte massa tussen het vierde en het twintigste levensjaar gestaag toe. Maar bij de gríjze massa was geen sprake van de voorspelde daling. Integendeel: tussen het vierde en het twaalfde jaar, en in sommige hersenlobben zelfs nog langer, breidt óók de grijze massa zich uit. Pas daarna begint de selectieve inkrimping — bij jongens gemiddeld nog een jaartje later dan bij meisjes.
Waaraan de prepuberale groeispurt van grijze hersenmassa moet worden toegerekend, is nog niet duidelijk. Zo zou het kunnen dat reeds bestaande zenuwcellen alleen maar groter worden, wat aan het denkvermogen weinig bijdraagt. Maar een andere mogelijkheid is dat uitlopers van die cellen zich verder vertakken, en zo een fijnmaziger net van zenuwverbindingen spinnen dat ingewikkelder schakelingen mogelijk maakt.
Even onduidelijk is nog wat er gebeurt tussen de eerste en vierde verjaardag. Het probleem daarbij is even praktisch als onoverkomelijk: voor een MRI-scan is veel geduld nodig, geduld dat weinig peuters is gegeven. Giedd weet wat dat betreft waarover hij praat: van de plannen om de hersenontwikkeling van zijn eigen kinderen ‘als een film’ vast te leggen, kwam niets terecht.
De vraag ligt dus nog even open of de vondst van Giedd het eind betekent van de ‘kritieke periode’ van de eerste kinderjaren, en in plaats daarvan steun geeft aan wetenschappers die geloven dat de hersenen flexibel blijven. ‘Sommige van mijn collega’s geloven dat de ontwikkeling van de hersenen lijkt op boetseren,’ zegt Giedd. ‘Het basismateriaal blijft gelijk, maar verandert alleen van vorm. Ikzelf neig nog steeds naar de andere kant, die het proces meer ziet als beeldhouwen: je begint met vormeloos materiaal, en het beeld ontstaat door op de juiste plaats wat weg te kappen. Mijn ervaring als psychiater, onder meer met autistische kinderen, heeft me ervan overtuigd: heel vroeg kunnen er dingen fout gaan die onherstelbaar zijn.’
De onderzoeker zelf gelooft daarom eerder dat hij op het spoor is van een nieuwe kritieke periode: een tweede golf van groei en selectieve afbraak, vlak voor en tijdens de puberteit. ‘Ik denk dat je het moet vergelijken met het bouwen van een huis: in de eerste fase worden de muren opgetrokken, maar daarna is het tijd voor de verfijning — de elektrische bedrading en de waterleiding.’
Het feit dat de tweede groeispurt vooral optreedt in de voorste delen van de hersenschors, die betrokken zijn bij ingewikkelde denkprocessen en emoties, sterkt Giedd in dat geloof. ‘Het klopt ook met wat leerpsychologen als Piaget eerder hebben vastgesteld: dat twaalfjarigen in principe op een volwassen manier kunnen denken. Bovendien lijkt het in het licht van de evolutie logisch: aan het eind van de puberteit begint immers de voortplanting.’
Wat de tweede ontwikkelingsgolf interessanter zou maken dan de eerste, is dat het puberbrein zijn eigen omgeving beïnvloedt. Het beslist zelf, in de woorden van de onderzoeker, of de tijd op de bank voor de tv wordt doorgebracht of met muziek en een goed boek. Giedd: ‘Tijdens de puberteit maken de hersenen de beslissing. Wat wil ik later doen, en wat heb ik daarvoor nodig?’
Zijn ontdekking, meent Giedd, zou daarom wel eens een waarschuwing kunnen bevatten: de puberteit is een kritieke periode, en hoe die wordt doorgebracht is van doorslaggevend belang. ‘Veel hersenonderzoekers geloven met mij in het model van ‘use it or loose it‘,’ stelt de kinderpsychiater. ‘In het gevecht om ruimte en voedingsmiddelen overleven alleen die zenuwverbindingen die regelmatig worden gebruikt. Het zou de manier kunnen zijn waarop de natuur beslist welke schakelingen in de rest van het leven niet meer nodig zijn.’
‘Ik erken: het is voorlopig speculatie. Ook een oude hond leert nog wel eens een kunstje. Maar het zou goed kunnen dat we in de puberteit bepalen waarmee ons brein het de volgende tachtig jaar moet doen.’