Als een rat eerder op een bepaalde plek is geweest, kan hij zich de route naar die plek voorstellen, hebben onderzoekers aangetoond met behulp van virtual reality. Mogelijk zijn alle zoogdieren tot zulke gedachten in staat.

Mensen kunnen terugdenken aan een fijne vakantie en wensen dat ze nog steeds op hun vakantiebestemming waren. Op vergelijkbare wijze kunnen ratten zich voorstellen dat ze op plaatsen zijn waar ze eerder zijn geweest.

Een hersengebied genaamd de hippocampus, dat een grote rol speelt bij geheugen, werkt bij veel zoogdieren op ongeveer dezelfde manier. Om die reden dachten wetenschappers dat dieren zich, net als mensen, mentaal plekken kunnen voorstellen waar ze geweest zijn. Het is echter moeilijk om te bewijzen dat zo’n proces plaatsvindt in het brein van een dier. ‘Je kunt niet praten met dieren en hen vragen om zich iets in te beelden’, zegt neurowetenschapper Albert Lee van het Beth Israel Deaconess Medisch Centrum in Boston in de Verenigde Staten.

‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’
LEES OOK

‘De mooiste dingen ontdek je door er niet specifiek naar te zoeken’

Medisch bioloog Yvette van Kooyk wil het immuunsysteem leren kankercellen aan te vallen door hun suikerjas-vermomming weg te knippen.

Mentale routekaart

Hij en zijn collega’s hoopten dat technologische innovaties zouden kunnen helpen dit probleem op te lossen. Hun plan was om een brein-computerinterface te maken: een schakel tussen de hersenen van een dier en een computer, zodat de onderzoekers kunnen zien wat zich in het brein van het dier afspeelt.

De onderzoekers ontwikkelden een 360-graden-virtual-reality (VR)-gebied. In dat gebied lieten ze drie ratten lopen op een bolvormige loopband. Ondertussen leek het voor de dieren alsof ze door een donkere tunnel bewogen. Het onderzoek is recent gepubliceerd in het tijdschrift Science.

De onderzoekers trainden de ratten om bepaalde vormen in de VR te vinden voor een beloning van suikerwater. Terwijl de ratten naar deze vormen zochten, registreerden de onderzoekers elektrische signalen afkomstig van de hippocampus van de ratten. Met deze gegevens maakten de onderzoekers een brein-computerinterface die de navigatie-activiteit in het brein van de rat kon vertalen naar de locatie van de rat in de VR-wereld.

De ratten moesten naar een bepaalde vorm lopen in de VR-arena (links). Ze liepen met behulp van een bolvormige loopband door de VR-arena, terwijl de onderzoekers hun hersensignalen detecteerden (rechts). Beeld: C. Lai et al.

Navigeren met het brein

Vervolgens wilden de onderzoekers weten of de ratten zich met enkel herinneringen aan eerdere locaties en routes door de VR-wereld konden bewegen.

Dit testten ze in een tweede experiment door de ratten twee taken te laten uitvoeren. Voor beide taken moesten de ratten weer op de loopband lopen, maar in tegenstelling tot het eerste experiment, hadden hun bewegingen geen invloed op wat ze zagen.

Bij de eerste taak van het tweede experiment moesten de ratten naar een bepaalde vorm navigeren die ze al eerder hadden gezien, bijvoorbeeld een cirkel, om suikerwater te krijgen. Door zich locaties in de VR voor te stellen waar ze geweest waren, activeerden de ratten bepaalde hippocampuscellen. De brein-computerinterface vertaalde deze hersensignalen naar de locatie waar de rat aan dacht, die de beamer vervolgens projecteerde in de VR.

De ratten leerden snel dat lopen over de loopband hen niet dichter bij de vorm bracht. Ze kwamen erachter dat ze juist wel dichter bij de vorm kwamen door zich mentaal voor te stellen hoe ze de vorm zouden bereiken, zegt Lee. ‘Ze leren dat heel snel’, zegt neurowetenschapper Chongxi Lai van het Howard Hughes Medisch Instituut in de VS.

In de tweede taak van het tweede experiment leerden de ratten om vormen in gedachten naar een specifieke locatie in de VR-gebied te verplaatsen met behulp van hun verbeelding. Bij deze taak bewoog de wereld om hen heen niet. Daardoor bewogen de dieren zelf ook minder. ‘We wilden dat ze stil bleven zitten en zich dingen gingen inbeelden, net zoals mensen’, zegt Lai.

Mentale tijdreis

In hun artikel schrijven de onderzoekers dat de ratten beide taken konden volbrengen. ‘Dit is de eerste keer dat is aangetoond dat dieren controle hebben over hun interne model van de wereld in hun hippocampus’, zegt Lee. ‘Dat is een essentiële stap die ten grondslag ligt aan verbeelding.’ Doordat de hippocampus van verschillende zoogdieren erg op elkaar lijken, verwacht Lee dat alle zoogdieren zulke gedachten kunnen hebben.

Maar hoe vergelijkbaar het voorstellingsvermogen van een rat is met dat van een mens, blijft een onbeantwoorde vraag, zegt Lee. De onderzoekers zijn van plan om de omvang van het voorstellingsvermogen van ratten in toekomstig onderzoek onder de loep te nemen.

‘Het onderzoek laat zien dat ratten zich, net zoals wij, kunnen voorstellen dat ze dingen doen, zonder ze daadwerkelijk te doen’, zegt neurowetenschapper Frank Sengpiel van de Cardiff-universiteit in het Verenigd Koninkrijk. ‘De ratten konden bewust de activiteit van de zenuwcellen in hun hippocampus sturen, vergelijkbaar met hoe wij dat doen als we ons dingen inbeelden. Ik denk dat dit niet alleen laat zien dat ratten in staat zijn een mentale tijdreis te maken, maar ook dat ze een bewustzijn hebben.’