Wanneer we naar de wereld voor ons kijken, valt er licht op ons netvlies dat in een aantal stappen in de hersenen wordt verwerkt. De primaire visuele cortex is het eerste gebied in de hersenschors waar visuele informatie wordt verwerkt. Toch reageren zenuwcellen hier niet alleen op lichtpatronen, maar ook op geluiden. Een belangrijke vraag in de neurowetenschappen is echter of het hierbij werkelijk gaat om reacties op auditieve informatie, of om modulaties als gevolg van lichaamsbewegingen die door de geluiden worden veroorzaakt.

Reacties op geluiden

Om daarachter te komen, keken onderzoekers naar de manier waarop een muis reageert als hij bepaalde geluiden hoort. “Toen we goed naar het gezicht van een muis keken, vlak nadat de geluiden waren afgespeeld, zagen we bewegingen van de snorharen, snuit en ogen. We weten dat deze bewegingen ook de hersenen activeren, waaronder de primaire visuele cortex. Dit stelde ons voor een raadsel: is de door het geluid opgewekte activiteit in de visuele cortex het gevolg van de geluiden die we afspeelden, of van de motorische reacties op het geluid?”, aldus eerste auteur Matthijs Oude Lohuis.

Verschillende zenuwcellen, verschillende neurale circuits

Om dit te onderzoeken, koppelden de auteurs de activiteit van afzonderlijke zenuwcellen in de primaire visuele cortex aan verschillende geluiden en lichaamsbewegingen. Ze schakelden ook de auditieve hersengebieden uit om de effecten op het visuele systeem te observeren. “Er kwam een duidelijk beeld naar voren: de door geluid uitgelokte activiteit in de visuele cortex bestaat uit twee signalen: een auditieve en een gedragscomponent,” aldus Umberto Olcese, een senior onderzoeker in het team. “Elke component heeft zijn eigen kenmerken. De geluidscomponent is afkomstig uit de auditieve gebieden en is extreem snel. De lichaamsbewegingen die door de geluiden worden veroorzaakt, leiden ook tot activiteit in de visuele cortex, maar deze activiteit begint iets later. De twee componenten activeren verschillende zenuwcellen in verschillende neurale circuits.”

Belangrijk debat beslecht

Het feit dat visuele, auditieve en motorische informatie door verschillende zenuwcellen wordt doorgegeven, betekent dat zelfs wanneer visuele en auditieve stimuli gelijktijdig voorkomen, de informatie los van elkaar wordt doorgegeven. “Met deze bevindingen beslechten we het belangrijke debat over de aard van signalen die uit andere modaliteiten de hersenen inkomen” aldus Cyriel Pennartz, senior onderzoeker in het team. “Als we meer inzicht willen krijgen in de mechanismen die de zintuiglijke verwerking sturen, en we de mysteries van de waarneming willen ontrafelen, moeten we begrijpen hoe deze interacties plaatsvinden. Eén theorie over bewustzijn stelt zelfs dat interacties tussen verschillende zintuigen de sleutel zijn tot het hebben van kwalitatief verschillende ervaringen, en deze bevindingen zijn in lijn met deze theorie. Onze hersenen zorgen ervoor dat verschillende zintuigen met elkaar kunnen samenwerken en elkaar kunnen versterken, maar we willen ook niet dat de zintuigen helemaal door elkaar gaan lopen. Onze bevindingen laten zien hoe dit kan gebeuren.”

Meer informatie

Meer over de onderzoeksgroep Cognitive and Systems Neuroscience. Bekijk de publicatie in Nature Neuroscience.