Welk deel van ons brein houdt ons overeind?

Om overeind te blijven tijdens het fietsen werken meerdere hersengebieden samen. Een beetje vereenvoudigd, zijn dit de belangrijkste spelers: (1) de motor cortex, (2) de zintuigen, en (3) het cerebellum. De motor cortex is het deel van ons brein dat onze spieren aanstuurt. Alle stuurimpulsen en gewichtsverplaatsingen waarmee we onze fiets overeind (in evenwicht) houden worden geproduceerd door de motor cortex. Strikt genomen, moeten we binnen de motor cortex een onderscheid maken tussen twee deelgebieden: de primaire motor cortex en de premotor cortex, die vlak voor de primaire motor cortex ligt. Op deze website zullen we dit onderscheid alleen maken als het nodig is.

De motor cortex wordt aangestuurd door meerdere gebieden, en voor deze website zijn dit de twee belangrijkste: (1) de  prefrontale cortex, die voor de motor cortex ligt, en (2) het cerebellum (de kleinhersenen), een bloemkool-achtige structuur aan de achter-onderzijde van ons brein. Enigszins vereenvoudigd, kunnen we stellen dat de aansturing via de prefrontale cortex verantwoordelijk is voor de bewegingen (stuurimpulsen en gewichtsverplaatsingen) waarbij we onze aandacht nodig hebben, en die via het cerebellum voor de bewegingen die we automatisch maken. Zowel de prefrontale cortex als het cerebellum komen verder nog aan bod: (1) de prefrontale cortex bij het bepalen van de richting waarin we sturen, en (2) het cerebellum bij het huidige onderwerp, overeind blijven .

Ons brein heeft informatie nodig om te bepalen welke signalen naar de spieren gestuurd moeten worden, en die informatie komt van de zintuigen. Voor het overeind blijven zijn vooral het evenwichtsorgaan (vestibulair orgaan) en de tastzin van belang. Onze ogen spelen ook een rol bij het overeind blijven, maar bij gezonde personen is die rol minder groot. De visuele informatie die we met onze ogen verzamelen is essentieel voor het bepalen van de richting waarin we sturen, en dat onderwerp behandelen we apart van het overeind blijven.

Ons evenwichtsorgaan registreert verplaatsingen en draaiingen van ons hoofd. Dit orgaan is in feite een paar, met één van het paar achter elk oor. Het evenwichtsorgaan is een onderdeel van het zogenaamde binnenoor (in het Engels, “internal ear”), dat de figuur hiernaast getoond wordt: het evenwichtsorgaan is de set van buisjes bovenaan de cochlea, ons gehoororgaan. Uit het signaal van het evenwichtsorgaan kan het brein afleiden of we nog in evenwicht zijn, en zoniet, in welke richting er een correctie nodig is om weer in evenwicht te komen. Hoe lager de snelheid van de fiets, hoe instabieler die is, en hoe meer de fietser afhankelijk is van zijn zintuigen (waaronder zijn evenwichtsorgaan) om overeind te blijven.

We weten veel over de werking van het evenwichtsorgaan, en in deze video wordt dit in detail uitgelegd. Deze video behandelt niet alleen het evenwichtsorgaan zelf, maar ook de reflexen die er hun oorsprong vinden. Hier vind je de inhoud van deze video als animatie.

De tweede zintuiglijke input die belangrijk is voor het overeind blijven komt van onze tastzin. In de meest ruime zin, omvat de tastzin zowel waarneming als gevolg van aanraking van voorwerpen, als de waarneming van ons eigen lichaam (ook “proprioceptie” genoemd). Onze proprioceptie betreft informatie over de positie van onze gewrichten en de spanning van onze spieren. We zijn ons zelden bewust van onze proprioceptie, maar het belang ervan wordt onmiddellijk duidelijk als we hem verliezen, en dit wordt mooi getoond in deze video:

 

 

De ziektegeschiedenis van deze patiënt leert ons twee zaken:

1. Zonder onze tastzin (waaronder onze proprioceptie) is het vrijwel onmogelijk om te lopen.
2. Als we onze tastzin verliezen, dan kunnen we door oefening leren om die verloren informatie te vervangen door informatie afkomstig van een ander zintuig (in de getoonde video, de ogen).

De enorme moeilijkheid om te lopen zonder tastzin leert ons dat ons brein motorische output (de signalen naar de spieren) en zintuiglijke input (vestibulaire en proprioceptieve informatie) met elkaar in verband brengt. Hier ligt een belangrijke rol voor het cerebellum, de grote regelaar en automatiseerder van ons brein. Hij is zo belangrijk dat hij een aparte pagina verdient.