Radboud Universiteit Nijmegen


Kijken, reiken, (be)grijpen

Datum bericht: 11 maart 2009

Om werkelijk te begrijpen hoe we iets alledaags doen als een kop koffie pakken, moet je de kwestie vertalen in ingewikkelde proeven. In maart promoveren twee onderzoekers van de Radboud Universiteit Nijmegen op menselijk bewegingsgedrag. Hun onderzoek kan het fundament zijn onder breingestuurde protheses en natuurlijk bewegende robots.

'Doelgerichte actie' is één van de onderzoekslijnen van het Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour. De onderzoekers proberen de deelaspecten van bewegen uit te pluizen en te begrijpen hoe het brein die verschillende processen dan weer integreert in één doelgerichte actie.

Janneke Lommertzen promoveert op 26 maart binnen deze onderzoekslijn op een onderzoek naar het uitvoeren van steeds ingewikkelder grijptaken en haar achtergrond als bewegingswetenschapper had duidelijk meerwaarde. 'Tijdens mijn studie heb ik geleerd rekening te houden met anatomie en de energie die een beweging kost. Dat is allemaal van belang bij het analyseren van bewegingen van de arm, pols en hand'.

Juist dit deel van haar resultaten is direct goed toepasbaar. 'We hebben mijn beschrijving van deze bewegingen in een robotmodel ingevoerd. Mensen die naar een voorwerp reiken maken eerst een grote beweging in de richting van een voorwerp en vertragen dan. Door veranderingen van de bewegingen van de pols en hand kunnen we flexibel de beweging aanpassen om te voorkomen dat we het voorwerp omstoten. Als je dat aan een robot leert, zie je dat die robot heel natuurlijk - dat wil zeggen als een mens - voorwerpen kan oppakken en niet stoot tegen objecten. En dat is belangrijk als je robots en mensen wilt laten samenwerken.'

Visuele illusie
Zo keken proefpersonen naar een staaf die afgebeeld stond in een min of meer gedraaid kader. Nadat de afbeelding was verdwenen moesten zij de cilinder in hun hand in dezelfde richting draaien als de vertoonde staaf. De oriëntatie van het kader zorgt voor inschattingsfouten - de hellingshoek van de staaf wordt overdreven. En Lommertzen ontdekte tot haar verrassing dat zowel de afzonderlijke delen van de afbeelding, als het totaalplaatje van invloed zijn op de verwerking, wat ze kon afleiden uit statische analyse van het bewegingspatroon.

'In de proef is de context storend, maar in het dagelijks leven levert de context meestal wel bruikbare informatie op. Zoals bijvoorbeeld in het geval dat we een voorwerp willen pakken dat we niet geheel kunnen zien omdat het gedeeltelijk ergens achter staat.'

Donkere kamer
De proefpersonen van bioloog Stan van Pelt - die vanuit een andere invalshoek het kijk-reikprobleem onderzocht - werden gefixeerd in een donkere kamer, of zelfs vrijwel ondersteboven gehangen. Hij onderzocht welke coördinaten onze hersenen uitkiezen om de positie van een voorwerp ten opzichte van ons lichaam uit te drukken op de mentale kaart - die inmiddels daadwerkelijk in het brein gevonden is. Rekenen we dan ten opzichte van de ruimte, ten opzichte van onze kijkrichting, of ten opzichte van het lichaam?

Onze kijkrichting blijkt het referentiepunt te zijn. Dit lieten proeven in een donkere ruimte met het aanwijzen van kleine lichtjes in de periferie van het gezichtsveld zien. 'Dat lijkt onlogisch,' zegt Van Pelt, die 19 maart promoveert. 'Want dan moet je na elke oogbeweging opnieuw berekenen waar iets staat. Maar toch doet ons brein het zo. Totdat je mensen flink roteert ten opzichte van de zwaartekracht. Dan gebruiken we ook de zwaartekracht als referentiekader.'

Vestibulaire stoel. In deze stoel kunnen proefpersonen in alle mogelijke richtingen worden gedraaid, terwijl hun oogbewegingen worden gemeten

'Het brein pakt gewoon alle informatie op die het krijgt aangeboden. Als je een voorwerp niet alleen zou zien, maar ook zou horen integreer je ook die auditieve informatie. De richting van de zwaartekracht ten opzichte van je lichaam is als je staat of zit nauwelijks informatief. Maar in zo'n rare houding wel. En dat neemt je brein mee.'

Er wordt in Nijmegen - net als op veel andere plekken in de wereld - hard gewerkt aan manieren om computers (of robotarmen) aan te sturen met hersenactiviteit. Van Pelt: 'En dan is het wel zo handig als je begrijpt dat het brein de positie die een voorwerp op het netvlies inneemt gebruikt om een beweging daar naartoe te plannen!'

Duidelijk Donders
'Menselijk bewegingsgedrag is vrij complex,' zegt Lommertzen. 'Stan en ik hebben verschillende delen van dat gedrag onderzocht. Om een goed begrip te krijgen van alle processen die een rol spelen bij visuele waarneming, verwerking en beweging is het noodzakelijk om daar op verschillende niveaus naar te kijken.

De kracht van Nijmegen in het onderzoek naar doelgerichte bewegingen is volgens de onderzoekers de multidisciplinaire aanpak en de technische apparatuur die daarvoor ter beschikking staat. Zo kom je tot nieuwe inzichten. 'Omdat we ingebed zijn in het Donders Instituut zijn er mensen die vanuit heel verschillende invalshoeken naar hetzelfde probleem kijken: psychologen, cognitiewetenschappers, biologen, natuurkundigen, bewegingswetenschappers en artsen,' zegt Stan van Pelt.

'Daarnaast hebben we bijzondere apparatuur. Voor ons staan hersenscanners ter beschikking die alleen voor wetenschappelijk onderzoek gebruikt worden, maar ook de vestibulaire stoel - een erg uniek apparaat in de wereld - en high-tech motion trackers voor bewegingsanalyse. Zo heb ik op veel meer manieren mijn onderzoeksvraag kunnen aanpakken dan wanneer ik bijvoorbeeld in Amsterdam of Utrecht gezeten had.'

Over de promovendi
Stan van Pelt; Dynamic neural representations of human visuomotor space. Promotie 19 maart. Promotor: Prof. dr. H. Bekkering, copromotor: dr. W.P. Medendorp Stan van Pelt (Zevenbergschen Hoek,1978) studeerde cum laude af in de biologie in Nijmegen, werkte kort aan de herintroductie van zeegras in de Waddenzee, voor hij begon aan zijn promotieonderzoek bij het Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour van de Radboud Universiteit Nijmegen. Momenteel is hij daar postdoc en doet hij onderzoek naar de genetische basis van hoogfrequente hersengolven.

Janneke Lommertzen; Visuomotor Coupling at Different Levels of Complexity. Promotie 26 maart . Promotor: Prof. dr. R.G.J. Meulenbroek, copromotor: dr. R. van Lier Janneke Lommertzen (Roermond, 1978) ontdekte na een jaar materiaalkunde in Delft dat ze de beweging van mensen interessanter vond dan die van gietijzer. Na een studie bewegingswetenschappen in Maastricht deed ze onderzoek bij het Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour van de Radboud Universiteit Nijmegen waarop ze nu promoveert.