WERELD & DENKEN
 
 

Neurologie: anterieure cingulate cortex

17 dec.2009

 De anterieure cingulate cortex (groen in de illustratie rechts) is het voorste deel van de cingulate cortex of cingulate gyrus, de eerste gyrus of winding van de cortex gezien vanuit het midden van de hersenen en de tekening. Erboven, gescheiden door de cingulate sulcus of groef (de dikke lijn), ligt de neocortex, en eronder eerst de hersenbalk (oranje in de illustratie - hier als het ware dwarsdoorsneden), de bundel van verbindingslijnen tussen de linker en rechter hersenhelft. De naam "cingulate" is naar het Latijnse woord voor "band" - de cingulate gyrus ligt als een band op en rond hersenbalk. Onder de hersenbalk is een gebied geel gekleurd, waarin de onderdelen, de organen, van de emotionele hersenen  liggen, die de vormen van gedrag aansturen die de mens deelt met zowel zoogdieren als reptielen.

Omdat de neocortex het modernste onderdeel van de hersenen is, heeft de cingulate cortex dus iets van een tussenpositie tussen de oudere en nieuwere hersendelen, hetgeen wordt weerspiegeld door structurele verschillen met de rest van de cortex. De cingulate cortex, met name het anterieure deel, heeft een windingstructuur van voren naar achteren  (of "parasagitaal" - het sagitale vlak deelt het lichaam in middendoor in links en rechts) in plaats van van links naar rechts. Deze windingsvorm komt ook voor in de neocortex bij niet-primaten. Ook heeft de cingulate cortex niet de zes-lagige neuronstructuur of neurale netwerk  van de neocortex.

Vanwege die enigszins dubbelzinnige positie wordt de cingulate cortex regelmatig geschaard in het limbische systeem  (Wikipedia), één van de namen voor het emotionele hersendeel in mensen. Merk op dat de naamgeving en indeling van structuren in de hersenen in de (internet-)literatuur sowieso enige inconsistentie vertoont - hetzelfde geldt voor de illustraties, vandaar dat er hier soms meerdere worden gebruikt.

Een andere zaak waarin de (anterieure) cingulate cortex zich onderscheidt is de aanwezigheid van spindelneuronen  . Dit zijn hoogstwaarschijnlijk relatief moderne neuronen, waarschijnlijk ontstaan als lange-afstands- en/of snelle verbindingselementen - de enige andere plaats waar ze voorkomen is in de prefrontale cortex, het modernste deel van de hersenen.

 Binnen de anterieure cingulate cortex is er ook weer onderscheid te maken tussen het soort verbindingen die ze heeft. Het ventral (buikliggend) deel is verbonden met de emotionele moduli - de amygdala, nucleus accumbens uitleg of detail , hypothalamus, and anterior insula. Het dorsal (rugliggend) gedeelte is verbonden met de prefrontale cortex (het uiterst voorste gedeelte) en de pariëtale cortex (bovenop ietwat naar achteren).

Alleen al deze structurele eigenschappen doen vermoeden dat, ten eerste: de ACC van oorsprong een ouder deel van de cortex is, dat in mensen in de loop van de evolutie aangepast is aan een andere rol, misschien omdat een deel van de functies overgenomen zijn door de hogere delen van de cortex. En ten tweede dat die nieuwe rol van de ACC bestaat uit het afwegen en/of onderhandelen en/of regelen van de impulsen uit de oudere emotionele en modernere rationele delen van de hersenen. Dat geeft de ACC een rol lijkend op die van de thalamus  , welke de brug vormt tussen hersenstam en emotionele hersenen.

Deze rol staat deels al beschreven in de (internet) literatuur als in Wikipedia  , met name de rol in foutdetectie, maar dit soort kennis is dermate modern, dat ze bijna dagelijks bijgesteld wordt door nieuw onderzoek dat in publiciteit komt, meestal door de brandnieuwe fMRI scanningtechnieken. Onder een paar van dit soort artikelen (de Volkskrant, 20-08-2009, van verslaggeefster Malou van Hintum):
  Eerst de taak en dan het ijsje, andersom werkt het echt niet

Een hersengebiedje waarvan gedacht werd dat het alleen iets doet wanneer we een fout maken, blijkt meer te kunnen.

In onze hersenen zit een gebiedje dat vrijwel de hele dag in touw is. En dat terwijl hersenwetenschappers lang hebben gedacht dat we dat alleen gebruiken als we een fout dreigen te maken. Uit onderzoek van medisch bioloog Esther Aarts (1980), verbonden aan het Nijmeegse Donders Instituut, blijkt dat deze anterieure cingulate cortex (ACC) ook actief is wanneer ons iets positiefs in het vooruitzicht wordt gesteld. ...

Hoe kan dat – iets wat zowel werkt bij positieve als bij negatieve stimuli?
‘De ACC blijkt een controlegebiedje te zijn in plaats van een gebiedje dat alleen maar in actie komt bij potentiële conflicten. Het anticipeert op toekomstige situaties en gestelde doelen; die kunnen dus zowel negatief als positief zijn. Als je mag kiezen tussen een Mars en een appel, en je vindt dat je de Mars moet weerstaan, begint het al te werken. Maar het is ook actief wanneer je jezelf belooft dat je een ijsje mag als je werk af is.’

Welke processen spelen een rol bij die activiteit?
‘De ACC maakt de hele dag kosten-batenanalyses met informatie uit de basale ganglia (de primitievere hersengebieden) en de prefrontale cortex (een modern hersengebied). De uitkomst is bepalend voor je gedrag: of je de appel koopt, of de Mars. De stof die daarbij cruciaal is, is dopamine. Wanneer je jezelf dat ijsje belooft, neemt de dopamineproductie in je brein toe, en zul je je taak ook beter uitvoeren. Andersom werkt het trouwens niet: eerst het ijsje, en dan pas de taak.’

De ACC hapert waarschijnlijk bij mensen die hun gedrag niet goed kunnen controleren?
‘Mensen met ADHD en parkinson hebben problemen met de dopamineproductie in hun brein, en ook met de controle van hun gedrag. De ACC speelt daar een belangrijke rol in.’

Een voorbeeld uit de ontwikkelingspsychologie waarbij het vermoedelijk om de ACC gaat is de zogenaamde marshmallow-test. Een kind krijgt van een assistente een snoepje op een schaaltje aangeboden, met de boodschap dat als het wacht met opeten tot de juffrouw terug is, hij er twee krijgt. Onder een bepaalde leeftijd heeft dat geen zin: het kind propt het snoepje in de mond. Boven een bepaalde leeftijd ook niet: het kind weet dat het "gewoon" even moet wachten. De schakelleeftijd ligt rond de drie tot vier - het levert prachtige taferelen op, zie de illustratie rechts en het filmpje hier  .
    Wat hier in werking komt is het deel van het brein dat het emotionele tegen het rationele afweegt. Het emotionele brein ziet alleen het eten, en hapt toe. Zowel bij honden als apen komt het echt niet verder. Sommige dieren maken wintervoorraden aan, maar dat lijkt uitsluitend door de evolutie ontstaan gedrag dat genetisch vastgelegd is, en niet voor aanpassing in de praktijk vatbaar is. De afweging vindt vermoedelijk plaats vermoedelijk plaats in de ACC, gezien de leeftijd waar het om gaat: op vier jaar zijn de emotionele hersenen zijn nu wel volledig ontwikkeld, en nu komt het rationele deel in het spel.

Met betrekking tot het genoemde ADHD is er al meer uitgewerkt (de Volkskrant, 05-09-2009, door Malou van Hintum):
  Eindelijk helder: ADHD bestaat

ADHD is meer dan ouderwets druk gedrag, blijkt uit onderzoek aan hartslag en hersengolven. En Ritalin kan helpen.

Over ADHD worden vaak drie dingen gezegd: het bestond vroeger niet, alle drukke kinderen hebben tegenwoordig zogenaamd ADHD, en druk gedrag wordt gemedicaliseerd met het voorschrijven van Ritalin.
    Onderzoek waarop psycholoog Yvonne Groen woensdag promoveert, laat zien dat er wel degelijk iets aan de hand is met kinderen die de diagnose ADHD hebben.
    Groen deed hersengolf- en hartslagmetingen bij kinderen met ADHD die wel en niet methylfenidaat (Ritalin) kregen, en bij een controlegroep van gezonde kinderen. Uit haar meetresultaten blijkt niet alleen dat kinderen met ADHD slechter van fouten leren en langer behoefte hebben aan feedback, maar ook dat hun hartslag en de reacties in hun hersenen afwijken van die van gezonde kinderen. Dat duidt erop dat ze informatie anders verwerken.
    Hartslag en hersengolven zijn van belang omdat volgens de 'somatische bestempelingshypothese' de beslissingen die we dagelijks nemen, samengaan met veranderingen in onze lichamelijke toestand, die op hun beurt weer worden teruggekoppeld naar het brein. Door deze terugkoppeling heeft ons gevoel invloed op deze beslissingen en de kwaliteit van de informatieverwerking.
    Als dat terugkoppelingsmechanisme hapert, heeft dat gevolgen voor hoe we informatie verwerken en beslissingen nemen. En dat is precies wat kinderen met ADHD parten speelt. Waarschijnlijk mankeert er iets aan hun 'foutendetectiesysteem' in de hersenen, dat wortelt in de ACC (anterieure cingulate cortex), een gebiedje dat onder meer actief wordt wanneer we een fout dreigen te maken.
    Krijgen deze kinderen Ritalin, dan hebben ze sneller in de gaten dat ze fouten maken, zijn ze minder afhankelijk van feedback en kunnen ze beter de gevolgen van hun eigen gedrag voorspellen dan ADHD-kinderen die geen medicijnen innemen. Bovendien heeft Ritalin een stimulerend effect op hartslagveranderingen in reactie op fouten en straf. Het lijkt er dan ook op dat dit medicijn voor een deel het haperende 'somatische stempel' herstelt.
    Behalve naar hersengolven en hartslag keek Groen ook naar twee genen die een rol spelen bij de elektrofysiologische verwerking van fouten en feedback: het 5-HTTLPR-gen en het DRD2(/ANKKi)-gen, die de werking van de neurotransmitters serotonine en dopamine beïnvloeden.
    Ze ontdekte dat dragers van een korte variant van het 5-HTILPRgen waarschijnlijk een verhoogde gevoeligheid hebben voor fouten en negatieve feedback. Dragers van een bepaalde variant op het DRD2-gen lijken snel te wennen aan positieve feedback. Bij kinderen met beide genvarianten leken de effecten op te tellen: ze leken verhoogd gevoelig voor foute responsen en negatieve feedback, en relatief snel te wennen aan positieve feedback. Relatief snelle gewenning aan positieve feedback wijst in de richting van een oppositioneel-opstandige gedragsstoornis en een antisociale persoonlijkheidsstoornis, denkt Groen.

Dit artikel laat zien dat er twee soorten koppeling naar het emotionele systeem zijn: naast de input van de Mars-keuze in het vorige artikel, ook een output in de vorm van "beloning" voor voor goede keuzes en "straf" voor foute, omdat die "beloning" en "straf" bestaan uit activiteiten van het emotionele, die activiteit zijnde de uitscheiding van stoffen als serotonine en dopamine.

ADHD is één van de mogelijke storingen in het regelcircuit waar de ACC deel van uitmaakt. Hieronder gaat het over de meer ernstige gevallen - de ACC wordt hierin niet genoemd, maar het is overduidelijk dat deze ook hier een cruciale rol heeft (NRC Handelsblad, 15-08-2009, door Niki Korteweg):
  Het straffeloze brein

Veel misdadigers kennen geen angst, straffen werkt dan niet. Hersenonderzoekers willen daarom ingrijpen in het emotionele brein van misdadigers. Liefst in de kindertijd.

Tussentitel: De angstreactie van psychopaten moet worden opgekrikt, bij agressieve mensen moet de amygdala juist minder actief worden.

'Onze jongste zoon was net drie geworden, en Sinterklaas was op bezoek op zijn kinderdagverblijf. Bedeesd keken tachtig peutertjes naar de goedheiligman op, en sommigen doken weg achter hun ouders. Die van ons mocht bij de Sint op schoot een liedje komen zingen. Sint zong mee, om hem te steunen bij dit indrukwekkende moment. Bij de tweede zin draaide hij zich naar hem toe, hief dreigend zijn vinger en zei: "Nu hou jij even je mond, ik ben aan het zingen!"
    "Toen hij klein was, moesten we er nog wel eens om lachen", vertellen de ouders van de onbeschaamde peuter in de knusse woonkamer van hun rijtjeshuis. "Zo'n klein brutaal ventje heeft nog wel iets vertederends." ...
    "Hij verzet zich tegen letterlijk alles", zegt zijn moeder. ...
    Na drie lange jaren van vertwijfeling, waarin het gezin steeds meer te lijden kreeg onder zijn woedeaanvallen en zijn onhandelbare gedrag, hebben psychiaters onlangs eindelijk een diagnose gesteld. Hun jongste zoon heeft ODD, een oppositioneel-opstandige gedragsstoornis. Kinderen met die stoornis zijn enorm opstandig, ongevoelig voor autoriteit, en ze hebben moeite om hun woede in toom te houden. ...
    Veel criminele carrières beginnen met ernstig antisociaal gedrag en ander probleemgedrag in de kindertijd, schrijft onderzoekster Katy de Kogel in haar lijvige rapport voor het Wetenschappelijk Onderzoeks- en Documentatiecentrum (WODC), De hersenen in beeld, dat vorig jaar verscheen. Want hoe gaat dat met kinderen die agressief reageren op andere kinderen? Die liggen al snel buiten de groep. Ze krijgen verkeerde vrienden en lopen zo een groter risico op alcohol of drugsmisbruik, vroegtijdig schoolverlaten, relatieproblemen en crimineel gedrag.
    Nu is ODD nog maar een milde vorm van de veel ernstigere antisociale gedragsstoornis (conduct disorder, CD). Daarbij richt het kind zijn agressie op andere kinderen of dieren, door te pesten, vechten of mishandelen. En het steelt, liegt of spijbelt. Ongeveer een van elke vier kinderen met ODD ontwikkelt later CD, en een op de tien heeft als volwassene een antisociale persoonlijkheidsstoornis. De gevangenissen en tbs-klinieken zitten voor meer dan de helft vol met die volwassenen, blijkt uit het WODC-rapport. ...
    Een antisociale persoonlijkheidsstoornis op volwassen leeftijd nog rechttrekken is bijna onmogelijk. De kunst is dus om kinderen met een verhoogd risico er bijtijds uit te pikken en te behandelen. Hersenonderzoekers speuren daarom naarstig naar de neurobiologisch kenmerken van antisociaal en agressief gedrag. ...
    Feit is dat onderzoek aan criminele hersenen al veel inzicht heeft gebracht, niet alleen over de verschillen tussen antisociaal-agressieve en gezonde mensen, maar ook tussen mensen met die stoornissen onderling. Een van de belangrijkste verschillen zit hem in de amygdala, een diep weggestopt hersendeel dat cruciaal is voor de reactie van het brein en het lijf op angstige of emotionele situaties.
    Normaal gesproken wordt bij het zien van enge dingen de amygdala actief. Via dat hersendeel wordt dan ook het onbewust werkende (autonome) zenuwstelsel geactiveerd, waardoor het hart sneller gaat kloppen en de zweetproductie op gang komt.
    Bij mensen met een agressieve gedragsstoornis werkt de amygdala niet naar behoren bij het zien van iets afschrikwekkends. Dat kan twee kanten op gaan, vertelt Verkes. "Er zijn mensen die reactief met agressie reageren, die met het spreekwoordelijke korte lontje. En mensen die doelgerichte agressie vertonen. Dat noemen wij psychopathie. Die mensen zijn al vanaf jonge leeftijd ongevoelig voor emoties van anderen, ze herkennen geen angst bij anderen, en reageren niet met een verhoogde hartslag of zweethanden op straf of pijn."    
     "Mensen die reactief agressief zijn, hebben een overactieve amygdala. Die krijgt onvoldoende bijsturing vanuit de prefrontale hersenschors, die pal achter het voorhoofd ligt. Daar zit het vermogen na te denken over je gedrag, en het bij te sturen. Bij de tweede groep, de doelgericht agressieve psychopaten, is de amygdala juist te weinig actief", legt Verkes uit.
    "Voor de eerste, reactieve groep zijn effectieve behandelingen. Cognitieve gedragstherapie helpt goed, net als een gedragstherapie waarbij de voorhoofdsschors getraind wordt met meditatie-achtige oefeningen om mensen te leren hun eerste reactie uit te stellen. Maar voor mensen psychopathie werken de bestaande behandelingen helaas maar matig", verzucht Verkes. "Straffen helpt niet. De ultieme therapie zou zijn om deze mensen angstiger te maken."
    Over de werking van de amygdala bij antisociale kinderen is nog weinig bekend. Vorig jaar publiceerde de Amerikaanse neuropsycholoog James Blair een onderzoek bij twaalf tieners die, naast hun ODD of CD, hardvochtige en onemotionele trekken hadden. Hun amygdala reageerde minder hevig op foto's van bang kijkende gezichten dan die van twaalf gezonde kinderen die hij in de hersenscanner onderzocht. Een handjevol andere studies vonden vergelijkbare resultaten.
    Het amygdala-onderzoek laat zien wie wel en wie niet op gedragstherapie zal reageren. Maar de inzichten helpen ook om nieuwe behandelingen te ontwerpen die de angstreactie van psychopaten opkrikken. De medisch psycholoog Niels Birbaumer van de universiteit van Tübingen in Duitsland doet dat met fMRI-neurofeedback. Op een congres van vakbroeders in Nederland begin juni berichtte hij over de zes veroordeelde psychopaten die hij daarmee trainde. Liggend in een hersenscanner kregen zij directe informatie over de activiteit van hun insula op dat moment. Dat hersengebied maakt, net als de amygdala, deel uit van het angstcircuit. Werd de activiteit hoger, dan werd een balk op een computerscherm groter, en andersom. Alle zes psychopaten leerden in drie tot twaalf sessies hoe ze hun insula zelf actiever konden maken. Maar of ze daardoor ook beter reageren op enge foto's of gebeurtenissen wordt nog niet duidelijk uit de tests.   ...


Tussenstuk:
Het angstcircuit in het brein

De rode stip in de tekening geeft de plaats aan van de amygdala (amandelkern). Die bestaat uit twee delen, in elke hersenhelft een. De kleine klompjes zenuwcellen regelen hoe we reflexmatig reageren op angstwekkende situaties. Vluchten of vechten? Die reactie is gebaseerd op eerdere emotionele ervaringen.
    Het rode gebied in het voorhoofd is de prefrontale hersenschors. Daar zit het vermogen bewust na te denken over ons gedrag. Die prefrontale hersenschors staat in nauwe verbinding met de amygdala en stuurt de eerste reactie bij als dat nodig is. In dit circuit speelt monoamine oxidase A (MAOA), een stof in de hersenen die boodschapperstoffen reguleert, een belangrijke rol.
    De amygdala zet bij angst of opwinding ook het stresssysteem van het lichaam in werking, zodat de bijnieren de stresshormonen adrenaline en cortisol door het bloed laten stromen. Ook wordt het autonome zenuwstelsel actief, dat hartkloppingen en zweethanden veroorzaakt.
    Het angstcircuit in het brein reageert anders bij mensen met een agressieve of antisociale gedragsstoornis. De amygdala is bij hen ofwel te weinig actief, waardoor ze onderkoeld reageren, of hij is juist overactief, en krijgt dan te weinig bijsturing vanuit de prefrontale hersenschors, waardoor deze mensen te impulsief reageren.

Dit wat betreft de stand van zaken in 2009. In 2013 worden, zoals voorspeld dat zoiets zou gebeuren, meer details duidelijk (de Volkskrant, 05-12-2013, van verslaggever Mark Mieras):
  Artsen activeren met elektrode per ongeluk het niet-opgevengevoel

Brein heeft een 'doorzetknop'


Neurologen in Stanford zijn bij toeval gestuit op een breinnetwerk dat de intense vechtlust kan opwekken om te overleven of het onmogelijke te bereiken. ...
    De artsen deden hun ontdekking tijdens medisch onderzoek bij twee patiënten met epilepsie in de mediale temporaalkwab. Om de bron van hun toevallen precies te kunnen vaststellen werden elektroden heel voorzichtig in dit diep achter de slaap verborgen deel van de hersenen gestoken om daar elektrische stroompjes op te wekken.
    In een filmopname is te zien hoe een van de patiënten naar zijn borst grijpt op het moment dat een punt wordt geprikkeld midden op wat neurologen de 'cingulate cortex' noemen. Zijn borst en nek gloeien, zegt hij. Zijn gebaren en woorden zijn gejaagd. 'Mijn hart gaat tekeer alsof ik een football-speler ben vlak voor de eerste touchdown van het seizoen', zegt de patiënt. En even later een andere treffende vergelijking: 'Het voelt als wanneer je in een auto rijdt met een halfzachte band. Je kunt niet omkeren. Je moet door. Dat gevoel van: ga ik dit redden?' Zodra de artsen de stroom uitzetten, verdween de emotie als een zeepbel die wordt doorgeprikt. Ook als de stroom 5 millimeter verderop in het hersenweefsel wordt gestuurd, is er niets van de turbulente emotie te bespeuren.
    Onderzoekers in Parijs rapporteerden in 1973 al eens vergelijkbare symptomen bij een patiënt, maar konden de locatie toen niet nauwkeurig aangeven. Ook onderzoek naar het doorzettingsvermogen van muizen wees al naar dit deel van de hersenen. Knaagdieren bij wie een beschadiging is aangebracht in het hersengebied, ontberen de vechtlust om over een steile helling te klimmen die hen van hun voedsel scheidt. Ze geven snel op.    ...

Het allereerste dat deze bevindingen verder onderbouwen is de hoge mate van modulariteit van de hersenen: voor een aparte functie een aparte module. Dus zelfs voor dingen die eerder op het psychologische dan op het neurologische vlak geplaatst worden als "doorzettingsvermogen".
    Het tweede wat hier naar voren komt is dus de onderbouwing van de rol van de cingulate cortex als modulator en bestuurder van emotionele impulsen:
  'We wisten al dat de cingulate cortex een rol speelt bij het formuleren van doelgericht gedrag', zegt de Nederlandse neurowetenschapper Rogier Mars, die aan de universiteit van Oxford onderzoek doet in hetzelfde hersendeel. 'Ik zou niet zeggen dat de cingulate cortex het gebied is dat doorzettingsvermogen 'doet', maar dat de afweging maakt. Deze twee patiënten lijken zich niet alleen sterker te voelen, ze hebben ook het idee dat er iets is dat moet worden aangepakt.'

En hieraan dan nog de toevoeging dat het met name voor dit geval van "doorzettingsvermogen" heel wel mogelijk is dat dit eerdere gaat over impulsen uit de hersenstam  dan uit de emotionele hersenen  , omdat doorzettingsvermogen zo nauw verbonden is aan de reflexmatige keuze tussen "vecht, vlucht, of bevries"-gedrag.


Naar Neurologie, organisatie  , Psychologie lijst  , Psychologie overzicht  , of site home  .