Stel, je wilt zonder gevaar een weg oversteken. Het is dan van belang dat je goed inschat hoeveel tijd je hebt voordat naderende auto’s in de buurt zijn. Voor het maken van deze inschatting kun je gebruik maken van de eerdere keren dat je de straat over bent gestoken. Op basis van deze eerdere ervaringen maak je een voorspelling over de uitkomst van je beslissing: haal je veilig de overkant of niet? Verrassing speelt tijdens dit proces een belangrijke rol: het signaleert wanneer voorspellingen op basis van eerdere ervaringen niet overeenkomen met de huidige situatie. Het kan bijvoorbeeld gebeuren dat auto’s veel sneller naderen dan je voorspeld had. De verrassing die hierdoor veroorzaakt wordt, werkt als een waarschuwingssignaal. Je kunt blijkbaar niet langer op je eerdere ervaringen afgaan om een goede inschatting te maken en veilig de weg over te steken.

‘Uit eerder onderzoek weten we dat verschillende ‘modulerende hersenstamkernen’, zoals dopamine en het noradrenaline systeem, actief worden bij verrassing’, vertelt neurowetenschapper Thomas Meindertsma. ‘Dit zijn diepgelegen hersengebieden die activiteit in grote delen van de hersenschors kunnen beïnvloeden. We weten echter nog weinig over het precieze effect van verrassing op informatieverwerking in die hersenschors, het deel van de hersenen waar onder andere informatie over de omgeving verwerkt wordt. In ons onderzoek onderzochten we dit effect; de invloed van verrassing over de timing van gebeurtenissen op de informatieverwerking in de hersenschors.’

Voorspelde versus daadwerkelijke verrassing

Verrassing werd getoetst door middel van een computertaak. Gezonde proefpersonen voerden een computertaak uit waarbij ze veranderingen moesten detecteren in een visuele stimulus en deze moesten rapporteren door op een knop te drukken. De timing van deze veranderingen was in sommige delen van het experiment vrij regelmatig en voorspelbaar, en in andere delen juist heel onregelmatig en onvoorspelbaar. Tijdens het uitvoeren van deze taak werd de hersenactiviteit gemeten door middel van magnetoencephalografie (MEG). Het team ontwikkelde een nieuw zogenoemd 'ideal observer model' dat, op basis van de timing van voorgaande stimulusveranderingen, de timing van de volgende verandering kon voorspellen. Naarmate het experiment vorderde kreeg het model steeds meer ‘ervaringen’ om de timing van de volgende verandering te voorspellen. Meindertsma: ‘Zo konden we met het model berekenen wat de verwachting van de proefpersonen was over de timing van de volgende gebeurtenis. Vervolgens konden we per gebeurtenis uitrekenen hoeveel de te verwachte timing verschilde van de echte timing, of kort gezegd: hoe verrast de proefpersonen zouden moeten zijn’.

Toekomstige gebeurtenissen

De snelheid van de reactie van de proefpersonen (druk op de knop) werd gebruikt als gedragsmaat voor de invloed van verrassing. Proefpersonen bleken langzamer te reageren wanneer het model verrassing voorspelde. Door middel van correlatieanalyses vonden de onderzoekers dat deze verrassing gerelateerd is aan een verandering van activiteit in een netwerk van hersenschorsgebieden die eerder in verband gebracht zijn met het behouden van informatie voor toekomstig gebruik. Meindertsma: ‘Onze resultaten wijzen er dus op dat verrassing leidt tot het updaten van de informatie die gebruikt wordt om toekomstige gebeurtenissen te voorspellen. Beter begrip over hoe verrassing onze keuzes en gedrag kan veranderen, zou kunnen helpen bij het overbrengen van belangrijke informatie en bij leerprocessen in het algemeen. Denk aan voorlichting over verkeersveiligheid, door informatie op een verrassende manier aan te bieden zal het waarschijnlijk meer invloed hebben op de keuzes van verkeersdeelnemers’.

Publicatiegegevens

T. Meindertsma, N.A. Kloosterman, A.K. Engel, E.J. Wagenmakers, T.H. Donner: ‘Surprise About Sensory Event Timing Drives Cortical Transients in the Beta Frequency Band’ in: Journal of Neuroscience, 20 juli 2018. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0307-18.2018