Betsy van de Grift breinmodel

De breinontwikkeling van kinderen (reader)

De ontwikkeling van het Kinderbrein

Een kinderbrein is nog lang niet af. De hele ontwikkeling duurt ongeveer 25 tot 27 jaar. En dan pas hebben we het volledige potentieel gerealiseerd, er uitgehaald wat er in zit aan mogelijkheden. Dat het zo lang duurt komt, omdat het menselijke brein door de tijd heen is gegroeid en steeds complexer is geworden. Na het vroege brein van de oermens is er een hele buitenkant omheen gekomen; de cortex. Die cortex vormt als het ware ons slimme brein. Het geëvolueerde, moderne brein stelt ons in staat om bovenop het gedrag dat in onze biologische en genetische aanleg zetelt, onszelf en ons gedrag te bewerken door middel van eigen keuzegedrag. Wij zijn de primitieve mens voorbij (Delfos, 2010).

De ontwikkeling van het menselijke brein volgt de evolutie, de ontwikkeling van de soort, de zoogdier ‘mens’. In de aanleg van ons brein doorlopen we alle stadia die we als ‘soort’ ook hebben doorlopen. Alles wat er in ons hoofd gebeurt en waarom, moet je eigenlijk biologisch benaderen: alles draait om het overleven van de soort. Als fysiek kwetsbare zoogdieren zijn we – meer dan andere primaten – toegerust met een wat ‘slimmer’ brein en met een enorm aanpassingsvermogen. Het hedendaagse menselijke brein stelt ons meer dan ooit in staat om in complexe omgevingen als groep samen te werken en te overleven.

De ontwikkeling van onze hersenen doorloopt grofweg twee stadia: de aanmaak van de massa en vervolgens het in gebruik nemen ervan en het ‘aan de praat krijgen’ van alle potentiële functie (Swaab, 2010). De aanmaak van de massa duurt ongeveer 10 jaar. Een kind van 9 jaar zit op 95% van de hersenomvang van een volwassene. Interessant is daarbij dat de meisjes een iets anders pad doorlopen dan de jongens. Jongens doen twee jaar langer over de hele ontwikkeling maar de aanmaak van de verbindingen in het brein gaan ook iets anders. Meisjes komen iets eerder bij de functies in de buitenkant van het brein aan (Caviness, Kennedy, Richelme, Rademacher, & Filipek, 1996).

De aanmaak van de massa; de neurogenese

Het brein functioneert op basis van hersencellen, de neuronen en het verzorgende smeermiddel ertussen, de gliacellen. Feitelijk is de verhouding: 90% gliacellen en 10% neuronen. De neuronen worden aangemaakt met een specifieke functie in aanleg: ze zijn dus geschikt om een bepaalde taak uit te voeren.

De aanmaak van de hersenen begint overal met de aanmaak van deze cellen, het materiaal komt dus eerst. Deze fase van de ontwikkeling noemt men de neurogenese. Niet alleen de productie van cellen is een essentiële taak, de ‘neurale migratie’ is minstens zo belangrijk. Iedere cel wordt naar de ‘baan’ gestuurd waar verwante cellen gaan samenwerken.

Men neemt aan dat in deze fase bij uitstek de genetische aanleg domineert. Je krijgt dus tijdens de neurogenese cellen die belast (of begunstigd) zijn met het erfelijk materiaal: sterk, knap, sportief, gezond, enzovoort (Swaab, 2010).

Voorbeeld  plasticiteit:

In 1960 deden de latere Nobelprijswinnaars Torsten Wiesel en David Hubel een experiment met pasgeboren poesjes. Direct na de geboorte werden daarbij de oogjes afgeplakt en na een week of zes weer verwijderd. Dan bleek dat die katjes blind waren. En ze bleken dat voorgoed te zijn: herstel was niet meer mogelijk. Met de kennis van nu begrijpen we wat er in dat experiment gebeurt, of beter, wat er dan precies niet gebeurt.

Om de neuronen die geschikt zijn voor de taak ‘zien’ (ze liggen bij katten en bij mensen in het achterhoofd) over te laten gaan naar synaptogenese, is er een ervaring van zien noodzakelijk. Dan pas gaat de zaak werken. En de tweede conclusie: als er een kennelijk gevoelige periode waarin dat moet gebeuren, verstreken is, dan is het te laat, dan worden er geen synapsen meer aangemaakt (Hubel & Wiesel, 1961).

Op enig moment (straks daarover meer) gaan de neuronen aan het werk met de taak waarvoor ze geschikt zijn. Dat kunnen ze doen door verbindingen aan te gaan met ‘familieleden’: de neuronen die voor dezelfde taak geschikt zijn. Of, als het nog ingewikkelder wordt, met leden van verwante families, zoals op het moment dat een kind gaat leren schrijven. Op zo’n moment werken er zo’n acht families samen om die taak uit te voeren!

Neuronen hebben niet alleen een potentiële functie, maar ook een potentiële plaats in het brein. De aanmaak van een neuron gaat vooraf aan het op de goede plaats krijgen ervan. Dat wordt de neurale migratie genoemd en het betreft een gevoelig proces waarbij fouten gemaakt kunnen worden: migratiestoornissen. In dat geval ligt een neuron niet op de goede plaats om verbindingen aan te kunnen gaan of ligt het verkeerd ‘gestapeld’.

De fase van de aanmaak van de hersencellen en ook tijdens de migratie is de gevoeligheid voor omgevingsfactoren, zoals het gebruik van toxische stoffen tijdens de zwangerschap, groot. Ook ernstige stress tijdens de zwangerschap of slechte voedingsomstandigheden kunnen de neurogenese verstoren. Men neemt aan dat een deel van de stoornissen in de latere leeftijd daaruit verklaard moeten worden (Lemaire, Koehl, Le Moal, & Abrous, 2000; Shonkoff et al., 2012; Shore, 2001; Swaab, 2010; Whiteman, 2013).

Het gaan functioneren van de hersencellen: de synaptogenese

Met de aanmaak van de hersencellen, de ‘massa’ is het brein nog lang niet af. Vroeger, in de jaren tachtig van de vorige eeuw dacht men dat wel.  Daar is de mythe van de ‘eerste drie jaar’ vandaan gekomen (Bruer, 1999). Inmiddels weten we dat er na de aanmaak van de cellen nog een veel complexere fase doorgemaakt moet worden. Dat is het aangaan van verbindingen: een standalone-neuron kan niets. Die fase van de breinontwikkeling heet de synaptogenese. Door middel van hun tentakeltjes, de dendrieten en de axonen, maken de neuronen contact met elkaar en geven ze, met behulp van neurotransmitters, informatie aan elkaar door. Zo’n verbinding heet een synaps en om een taak uit te voeren hebben we een enorm netwerk van deze synapsen nodig. De synaptogenese is een energieverslindend werkje. Op een PET-scan kan men het proces herkennen aan de hoge concentratie glucose. Het zijn overigens vaak dergelijke PET-scanstudies geweest waaruit bleek dat een deel van de babyhersenen nog niet werkt: op scans van babyhoofden is er geen glucose te zien aan de buitenkant, de cortex, van het brein. Er is kennelijk nog niets actief  (Chugani, Phelps, & Mazziotta, 1987; Eliot, 1999).

Zoals tijdens de neurogenese de toxische stoffen maar ook stress of ondervoeding schade aanrichten in het brein, zo is ook tijdens de synaptogenese de invloed van buitenaf groot. Het maken van de verbindingen gebeurt namelijk door ervaringen die worden opgedaan. Je krijgt een ‘brein op maat’ zodat je overlevingskansen zo groot mogelijk worden, is de biologische achtergrond.

De myelinisatie

Na de neurogenese en synaptogenese is het functioneren van het brein nog niet gerealiseerd. Er moet namelijk om alle synapsen heen een verzorgingscentrum worden aangelegd met als belangrijk doel om de synapsen en neurotransmitters te voeden en om de synapsen te behoeden voor informatielekkage. Dit verzorgingscentrum bestaat uit de stof myeline en werkt dus ook als een soort isolatiemateriaal. In de neurowetenschap is momenteel erg veel belangstelling voor de fase van myelinisatie: het omsluiten van de synapsen met myeline (Eliot, 1999).

De ‘pruning’

Door middel van een geniaal selectieproces draagt het brein bij aan het ‘op maat gaan werken’, het streeft naar de perfecte match tussen wat jij als ‘eigenaar’ nodig hebt voor je leven en tussen wat het als brein kan doen om dat te faciliteren. Het brein bereikt dat door te gaan selecteren in de verbindingen. Die verbindingen die intensief zijn geworden door de vele ervaringen, die blijven behouden en worden steeds sterker gemaakt. Maar die verbindingen waar weinig mee gedaan is, die laat het brein afsterven. We worden daardoor steeds beter in wat we kennelijk nodig hebben en slechter in wat kennelijk weinig nut heeft gehad – en dat gaat min of meer schoksgewijs –  (Brierley, 2003).

In het Nederlands spreekt bijvoorbeeld Jelle Jolles over ‘groeien en snoeien’ als hij het heeft over pruning (Jolles, 2011). Hij benadrukt dat deze plasticiteit juist voor het onderwijs een heel belangrijk aanknopingspunt is (Jelle Jolles, 2013) net zoals bijvoorbeeld Sitskoorn de plasticiteit ziet als de kans tot levenslang leren (Sitskoorn, 2011).

De gevoelige periodes

Uit het voorbeeld van de afgeplakte kattenoogjes konden we al leren dat een bepaalde functie kennelijk in een bepaalde periode moet gaan werken, omdat het daarna niet meer kan. Er is in de neurowetenschap op dit moment nog geen overeenstemming of er meer functies zijn die van deze gevoelige periodes hebben. Aangenomen wordt dat in elk geval de zintuiglijke ontwikkeling een gevoelige periode kent en dat andere functies, zoals de taalontwikkeling, die ook kennen, maar wel in mindere of minder ‘abrupte’ mate.

De breinontwikkeling

Niet alleen de aanmaak van de hersenen duurt jaren, vooral ook het proces van de aanmaak van de verbindingen en het groeien en snoeien, is langdurig en complex. Het brein is daarbij ‘plastisch’, het ontwikkelt zich in interactie met de omgeving. Iedereen krijgt daardoor een ‘brein op maat’. Waarbij niet alleen je biologische en genetische erfelijkheid een rol speelt, maar ook de (leer-) ervaringen die je opdoet. Door de plasticiteit kunnen slechte ervaringen op jonge leeftijd levenslange schade geven. Maar in positieve zin biedt de plasticiteit ons de kans om ons te ontwikkelen en te leren.

 

De breinontwikkeling en de leeftijdsfasen

Een pasgeboren baby is gezegend met een enorme hoeveelheid hersencellen en een begin van verbindingen die het brein in staat stelt taken uit te voeren. Maar het is allemaal nog lang niet af. Nog steeds ligt de nadruk op het groeiende aantal hersencellen. Maar tegelijkertijd neemt het aantal verbindingen tussen de hersencellen sterk toe. In de eerste maand na de geboorte is dat een toename van 15 miljoen verbindingen tot 100 miljoen verbindingen. Meteen vanaf de geboorte begint het brein de eerste verbindingen te gebruiken. Bijvoorbeeld voor de zintuiglijke waarneming. Zo worden in de eerste maanden van de pasgeboren baby de verbindingen voor, bijvoorbeeld het zien en het horen gemaakt. Doordat de zintuiglijke waarneming dan geregeld is, krijgt het kleine kinderbrein ervaringen aangeleverd die het in staat stelt zich verder te ontwikkelen, bijvoorbeeld het horen van gesproken taal.  Naast de ontwikkeling van de zintuigen, zijn de hechting, en de motorische ontwikkelingen ‘vroege functies’. Deze functies zijn in het ‘oerbrein’ gezeteld en worden door het brein volledig onbewust aangeleerd.

Tot een jaar of twee leveren de toenemende verbindingen tussen de hersencellen het kleine kind een schat aan mogelijkheden op, maar blijft het qua bewustzijn nog erg beperkt. De wereld van het jonge kind is ongeveer net zo groot als het zelf is. De verworven mogelijkheden zijn nog wat primair: waarnemen, kruipen en lopen, balans houden en verder wordt de basis gelegd voor ‘hogere functies. Het geheugen, emoties en de wilsontwikkeling, functies die in de buitenste laag van de hersenen liggen, zijn nog niet aan functioneren toe. Hoewel dat niet wil zeggen dat daar niets gebeurt. Zo begint het brein op ongeveer driejarige leeftijd die verbindingen te maken die gebruikt worden voor het lange termijn geheugen. Een geheugen dat essentieel, is voor de aanmaak van nieuwe verbindingen voor andere functies. En door een complex proces van taalherkenning, registreert het brein al jong wat de moedertaal is (Kuhl, 2004; Kuhl et al., 2008). Voor deze taal (en dat is de taal die door het brein kennelijk het meest in de omgeving van het kind waargenomen is) maakt het brein een vaste set met verbindingen aan. Dat proces begint trouwens al met ongeveer 5 maanden, dus ver voordat het kind zelf taal gaat produceren. Mocht het kind twee moedertalen registreren dan is dat geen probleem (Medina, 2014). In dezelfde moeite worden er verbindingssets voor twee talen aangemaakt: de levenslange mogelijkheid tot tweetaligheid. Als een kind later op school dan Frans of Duits moet leren, dan is de kans overigens verkeken dat het net zo makkelijk gaat als op jonge leeftijd. Het brein wil dan de verbindingsset voor de moedertaal niet uitlenen en maakt zelfs in een ander –cognitief- deel, van het brein nieuwe en veel moeizamere verbindingen aan.

Tussen het zesde en twaalfde jaar is het brein in staat om aangelegde verbindingen verder te specialiseren en door te leren. Het kind als informatieverwerkend systeem kan dan goed uit de voeten. Kon de peuter al een beetje tellen met enkele vingers in de lucht, het kind in de schoolleeftijd is in staat om enorme hoeveelheden kennis en vaardigheden op te pakken. Het is voorbereid om informatie te signaleren, op te slaan en weer op te roepen.

De mate waarin het ‘leren’ makkelijk of moeilijk gaat is doorgaans terug te voeren op individuele verschillen. Aanlegverschillen, maar ook verschillen in de ontwikkeling die het brein eerdere jaren heeft doorgemaakt. Zo zal een kindje dat als baby en dreumes veel taal heeft gehoord, later zelf veel makkelijker woorden leren (Eliot, 1999).

Tussen zes en acht jaar is de wereld voor het kind een soort open raam: alles kan gezien worden, ervaren worden en opgeslagen worden. Tussen acht en tien jaar wordt die flexibiliteit en trouwens ook de goedgelovigheid, wat minder. De hersencellen en de verbindingen ertussen gaan zich sterker ordenen en er wordt in de verbindingen gesnoeid, als ze nergens toe dienen. Het brein wordt daardoor minder flexibel. Het kind kan niet meer alle kanten op, niet meer alle opties staan open. Maar tegelijkertijd nemen de cognitieve vaardigheden sterk toe. Die van het representeren, het redeneren en abstract denken. Het brein is plotseling in staat dingen op een bepaalde ‘geselecteerde’ manier te zien en er ‘binnenbreins’ mee te stoeien. Het jonge schoolkind is zich daardoor al min of meer bewust van wat het weet (en dus ook wat nog niet) en kan actief op zoek gaan naar antwoorden op abstracte en academische vragen. Het gebruikt daarvoor een flinke portie ‘zelfbewustzijn’ en kan met andere kinderen samenwerken om problemen op te lossen (Casey, Giedd, & Thomas, 2000).

Het oudere schoolkind profiteert al optimaal van de rijping van de cortex. Anatomisch gezien is het brein af: het heeft de omvang van het volwassen brein. Toch is er op het gebied van de verbindingen nog veel werk te verrichten. Het aantal verbindingen zal gaan afnemen door de pruning. Maar vooral de samenwerkingen tussen de verschillende neurale netwerken verbetert nu sterk.

De aankondiging van de geslachtsrijpheid zal in de puberteitsjaren veel onrust in het brein veroorzaken. De hormonale storm die de eerste puberteitsverschijnselen zichtbaar maakt, houdt zeker enkele jaren aan. En in die tijd zullen sociaal gedrag, maar zelfs de cognitieve vaardigheden daar flink door beïnvloed worden (Peper, 2011). Opvallende genderverschillen treden bovendien op. De meisjes puberen wat eerder en worden gevoelig voor ‘internaliserende’ problemen zoals angststoornissen of eetproblemen. De jongens uiten de puberteit veel meer externaliserend (Rescorla et al., 2007). Ze zijn gevoelig voor het nemen van risico’s en overschatten zichzelf tegelijkertijd. Jongens zullen evident vaker dan meisjes in aanraking komen met bijvoorbeeld agressie, zowel als dader als slachtoffer.

Over het breinleren van kinderen

Vanuit de breinwetenschap is een enorme belangstelling voor het leren. Er wordt dan wel gesproken over ‘brain-based-learning’ of in het Nederlands, breinleren. ‘Breinleren’ gaat over een optimale aansluiting tussen de opvoedkundige en onderwijskundige benadering en het functioneren van het brein. Door de neurowetenschap kunnen sommige aannames in de onderwijskunde wat onder druk komen te staan, maar het levert toch vooral interessante en nieuwe invalshoeken op voor de dagelijkse praktijk.

Omdat in de jonge kind periode nog zulke grote veranderingen in het brein plaatsvinden, is het goed daar in het aanbod op de kinderopvang, de peutergroep en op school rekening mee te houden. Niet alleen doordat een kind steeds meer kan, maar ook omdat er ‘op maat’ gestimuleerd moet worden. De belangrijkste les uit de breinwetenschap is misschien wel dat een kind belang heeft bij een rijke leeromgeving (Jensen, 2008; Jelle Jolles, 2013). En die leeromgeving moet aansluiten bij drie manieren van leren; manieren die tussen het 0e  en 7e  jaar tot ontplooiing komen en daarna alle drie benut kunnen worden (Grift van de, 2014).

 

Het brein als informatie verwerkend orgaan

We hebben geen brein om diploma’s te halen, we hebben een brein om te kunnen overleven. Niet alleen als individu, maar ook als soort. Het brein heeft daarom als belangrijke taak om uit de omgeving die informatie, die tekenen te halen die te maken hebben met de overlevingskansen. Die overlevingskansen kunnen zijn: de voortplanting en de zorg voor het nageslacht of het overleven bij gevaar. Dat niveau van informatievoorziening is dus heel biologisch (Delfos, 2010). Dat proces van informatieverwerking vindt plaats in het binnenbrein.

Een ander niveau is het cognitieve niveau. Op het cognitieve niveau beoordelen we informatie, kunnen die overdenken of kunnen we het bestuderen. Deze processen vinden plaats in het buitenbrein, in de cortex.

Het lijkt erop dat wij tegenwoordig een groot beroep doen op het buitenbreinen ondertussen een beetje vergeten dat het binnenbrein nog steeds werkt zoals het vroeger, bij onze voorvaderen ook al deed. Want nog steeds gaat alle informatie die het brein zintuiglijk oppikt eerst via het binnenbrein. Daar wordt als eerste beoordeeld wat de ‘overlevingswaarde’ is. Pas daarna vinden de cognitieve bewerkingen plaats.

Bij jonge kinderen is het brein vooral geïnteresseerd in informatie die aangeeft dat het kind veilig is en dat er voor hem of haar gezorgd wordt. Ze kunnen immers zonder de zorg van volwassenen niet overleven (Medina, 2010). Bij hen verloopt de informatieverwerking onbewust en impliciet. Oudere kinderen zullen al veel meer cognitief de informatie die binnenkomt kunnen bewerken, bewust en expliciet.

Maar ook bij hen zal alle informatie eerst ‘via het binnenbrein’ gescreend worden. Dat mechanisme zorgt ervoor dat we heel makkelijk af te leiden zijn door opvallende nieuwe waarnemingen. Ons brein geeft namelijk de voorrang aan deze informatie, omdat die nieuwe feiten aan het licht kan brengen die met onze overlevingskansen te maken hebben.

Informatieverwerking in het brein.

Alle binnenkomende zintuiglijke informatie wordt door het brein ‘biologisch’ beoordeeld. Of de overlevingskansen ergens door worden vergroot of bedreigd. Bij jonge kinderen draait het dan om veiligheid en zorg. Oudere kinderen en volwassenen kunnen binnenkomende informatie cognitief bewerken. Maar ook bij hen gaat alles eerst door de biologische overlevingsfilter. Dit mechanisme maakt dat we heel makkelijk af te leiden zijn door nieuwe of opvallende informatie. Ons brein stuurt onze informatiebehoefte. Bij de jongste kinderen verloopt dat proces, deze manier van leren volkomen onbewust en impliciet; ze leren zo bijvoorbeeld al vanaf de babyleeftijd spelenderwijs de taal. Naarmate kinderen ouder worden en de cortex zich verder ontwikkelt wordt leren ook echt ‘aanleren’, cognitief leren. Op die manier kunnen we kinderen dingen leren die niet ‘van nature’ zijn, zoals topografie, maar ook lezen en schrijven.

Copyright Betsy van de Grift, november 2019