Alexander Heimel
Wie is Alexander Heimel
Verstijven of wegrennen zijn instinctieve reacties op (potentieel) gevaar. Tik de trefwoorden cats, scared en cucumbers in, tipt Heimel, en
je ziet meteen wat hij bedoelt. Maar waar in de hersenen wordt dat gedrag opgewekt? En hoe
zit het op het niveau van zenuwcellen in elkaar? Het is een van de vele vragen die Heimel zichzelf stelt over de complexe werking van ons visuele systeem, en die hij met engelengeduld probeert op te lossen.
Huidige functies
- Teamleider van de onderzoeksgroep “Circuits, Structuur & Functie”– Nederlands Herseninstituut, Amsterdam
Opleiding
Doctoralen Wiskunde en Natuurkunde – Universiteit van Utrecht
Promotie Toegepaste Wiskunde – King’s College London
Onderzoeksgebieden
Zicht, instinct, angst en nieuwsgierigheid.
Social media / e-mail
Prijzen
- 2010 - Vidi Award, Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)
- 2011 - Top Science publicatie, Neurofederatie
- 1993 - Bronzen medaille, Internationale Natuurkunde Olympiade
Hoe werkt ons visuele instinct?
Nobelprijswinnaars (1973) Niko Tinbergen en Konrad Lorenz stelden op basis van gedragsexperimenten bij dieren dat instinct aangeboren,
onveranderbaar gedrag is. Toen ze kalkoenkuikens blootstelden aan ‘overvliegende’ kartonnen
vogelfiguren, sloegen de kuikens alarm bij silhouetten van roofvogels, herkenbaar aan hun korte nek. Maar bij vogelfiguren met een lange
nek bleven ze rustig. De conclusie van beide
wetenschappers: in de babykalkoenhersenen zit een aangeboren sjabloon voor vogels die gevaarlijk voor hen zijn.
‘Later bleek dat die kuikens op een Beierse boerderij zaten en al heel vaak overvliegende ganzen hadden gezien. Daarom waren ze daar niet meer bang voor,’ glimlacht Heimel. ‘Er was dus sprake van habituatie
(gewenning aan regelmatig terugkerende prikkels, de eenvoudigste vorm van leren). Instinctief gedrag kan op basis van ervaringen dus wél veranderen.’
Heimel onderzoekt bij muizen in welke hersencircuits
instinctief gedrag wordt opgewekt en waar habituatie plaatsvindt. Hiervoor gebruikt
hij een flexibele glasvezel die, geplaatst in het
muizenbrein, hersencellen fluorescerend maakt als ze actief zijn. Zo kan hij zien welke hersencircuits aan het werk zijn als hij, bijvoorbeeld, met behulp van een magneet een balletje beweegt op de ondoorzichtige bodem van een muizenkooi.
Heimel: ‘Een muis gaat daar meteen op af en wil het pakken, ook al heeft hij nog nooit zoiets gezien. Dus als er iets kleins beweegt, is het kennelijk zijn instinct om zo te handelen. In de muizenhersenen zitten cellen die dat balletje detecteren, de muis moet zich erop richten en vervolgens het balletje
pakken. Al die fasen proberen we precies in kaart te brengen.’
De gegevens die Heimel ophaalt, kan hij vervolgens gebruiken om te testen welke hersencellen cruciaal zijn voor instinctief gedrag. Dat doet hij door op grond van deze data bepaalde
hersencircuits met behulp van de glasvezel ‘aan’ en ‘uit’ te zetten. Heimel: ‘Activiteit die tegelijk voorkomt met wegrennen, zoals bijvoorbeeld
sneller ademhalen, is niet noodzakelijk voor instinctief gedrag. Zulke activiteit moeten
we eruit filteren om erachter te komen welke hersencircuits uitsluitend voor instinctief gedrag van belang zijn. Die kennis kan ons op het spoor
zetten van de neurale basis van, bijvoorbeeld,
instinctieve schrikreacties die extreem versterkt worden, zoals bij PTSS (posttraumatische stressstoornis) het geval is.’
Naast dit onderzoek verdiept Heimel zich in de vraag hoe het visuele systeem informatie
codeert. ‘Als ik iemand op een andere plek zie en hij draagt andere kleding, herkent mijn netvlies hem toch – ook al is het exacte beeld anders dan
eerder het geval was, en ook al lijkt hij op allerlei andere plaatjes die mijn brein heeft opgeslagen. Blijkbaar maakt mijn visuele systeem ergens een
abstractie, maar waar en hoe?’
Ook hier moet onderzoek naar de hersenactiviteit van muizen uitkomst bieden. De kennis die
dat oplevert is niet alleen voor mensen van belang, maar kan ook helpen bij het – sneller – ontwikkelen van computer vision, technologie
die beelden omzet in informatie. Denk dan
bijvoorbeeld aan gezichts- en gedragsherkenning en -interpretatie, aan toepassingen op het gebied van virtual en augmented reality, en aan
verbeterde prestaties van zelfrijdende auto’s.
Voor wie en hoe
Baby’s kunnen een lach spiegelen of iemands gezicht volgen. Maar hoe kan het dat we gedrag vertonen dat we nooit eerder hebben gezien? En hoe is het mogelijk dat we een individu herkennen, ook al ziet die er eigenlijk nooit hetzelfde uit? Antwoorden op deze vragen zijn niet alleen belangrijk voor mensen, maar ook voor computersystemen die allerlei soorten beeld moeten kunnen herkennen en
interpreteren.
