Congratulations Dr. Hofmans!

On June 3, Lieke Hofmans successfully defended her PhD thesis, entitled Modulating Motivation and Cognitive Control. Congratulations Dr. Hofmans!!

Below you can read Lieke’s summary of her work (in Dutch):

Het is een donderdagavond en ik ben soep aan het klaarmaken voor morgen. Wanneer de soep wat begint te sudderen ga ik op de bank zitten om mijn favoriete tv-programma te kijken. Alles wat er gebeurt met de deelnemers zal morgen uitvoerig worden besproken tijdens de lunchpauze. Dan krijg ik een berichtje van een vriendin. Na een aantal berichtjes heen en weer vertelt ze me over haar week. Ik wissel mijn aandacht af tussen het tv-programma en het verhaal van mijn vriendin. Plots wordt het verhaal erg interessant. Ik richt me nu volledig op het verhaal en vergeet het tv- programma. Midden tijdens het lezen van een van de berichten ruik ik ineens een brandgeur en ik ren snel naar het fornuis om mijn soep te redden.

Prestatie: kunnen of willen?

Het omgaan met verschillende doelen of taken, zoals het klaarmaken van soep, tv kijken en berichten lezen en versturen, is belangrijk in ons alledaagse leven. Soms moeten we ons focussen op een bepaalde taak, terwijl we het volgende moment weer van taak moeten wisselen omdat iets anders plots belangrijker is. Dit lukt ons soms beter dan op andere momenten en soms beter bij het doen van de ene taak dan de andere taak. Vaak denken we dat hoe goed we zijn in het uitvoeren van een taak vooral een afspiegeling is van hoe goed we iets kunnen. Het is echter ook heel belangrijk hoe graag we iets goed willen uitvoeren. Oftewel, hoe gemotiveerd zijn we? Het zal bijvoorbeeld niet als een verrassing komen dat mensen vaak beter presteren op een taak wanneer ze ervoor beloond worden. Bovendien zullen ze waarschijnlijk meer geneigd zijn een moeilijke of zware taak te verkiezen boven een simpele taak, als ze er maar genoeg beloning voor krijgen. Denk maar eens aan die keren dat je een snoepje mocht eten zodra je je kamer netjes had opgeruimd. Het lijkt er dus op dat onze prestatie op taken niet alleen een kwestie is van hoe goed we ergens in zijn, maar ook een afweging van of het de moeite wel waard is: Zijn de totale beloningen hoger dan de totale kosten?

Hoe deze relatie tussen prestatie en motivatie in elkaar zit is echter nog niet geheel duidelijk. Bijvoorbeeld, alhoewel mensen meestal beter worden op een taak wanneer ze hoger beloond worden, is dit niet altijd het geval en gaan sommige mensen hierdoor juist slechter presteren. Bovendien hebben eerdere onderzoeken uitgewezen dat beloning ervoor kan zorgen dat je beter wordt op bepaalde taken, maar slechter op andere taken.

Doel van het proefschrift

Het doel van dit proefschrift was om meer duidelijkheid te scheppen over deze relatie tussen motivatie en prestatie. Ik heb me hierbij specifiek gericht op cognitieve taken. Ik heb dit benaderd vanuit twee perspectieven: 1) Zien we effecten op cognitieve prestatie wanneer we motivatie manipuleren en 2) zien we effecten in de keuzes die mensen maken over het wel of niet uit willen voeren van cognitieve taken wanneer we motivatie manipuleren? Dat manipuleren van motivatie heb ik getracht te doen door middel van verschillende manieren om mensen te belonen en door middel van het toedienen van medicatie.

Dopamine

Het medicijn dat ik heb gebruikt is methylfenidaat, ook wel bekend onder de merknaam Ritalin®. Methylfenidaat verhoogt de hersenstof dopamine en mensen met ADHD, maar ook bijvoorbeeld studenten, gebruiken dit vaak om beter te kunnen presteren. Recente onderzoeken wijzen er echter op dat methylfenidaat niet alleen het vermogen maar ook de motivatie om cognitief te presteren kunnen beïnvloeden. Methylfenidaat is daarom bij uitstek geschikt om mijn onderzoeksvragen te beantwoorden.

Zoals gezegd kan beloning ervoor zorgen dat je beter presteert (of iets graag wilt doen), maar kan het er ook voor zorgen dat je het juist slechter gaat doen (of iets minder graag wilt doen). Een aantal eerdere onderzoeken benadrukt dat het wel eens zo zou kunnen zijn dat de effecten van beloning en van methylfenidaat afhangen van de hoeveelheid van de hersenstof dopamine die al in een diepgelegen gebied, het striatum genoemd, in je hersenen aanwezig is. Ik heb daarom in een aantal van mijn onderzoeken gemeten hoeveel dopamine mensen aanmaken in hun striatum door middel van een hersenscan (een PET scan).

Het experiment

Om de link tussen motivatie en cognitieve prestatie te onderzoeken heb ik veel gebruik gemaakt van een werkgeheugenspel dat onderzoeks-deelnemers speelden op de computer (zie Figuur 1). Deelnemers speelden een spel waarin ze elke beurt opnieuw een aantal vierkanten te zien kregen waarvan ze de kleuren moesten onthouden.

FIGUUR 1 | Het werkgeheugenspel

In het werkgeheugenspel krijgen deelnemers eerst een aantal vierkanten te zien waarvan ze de kleuren moeten onthouden. Later krijgen ze een tweede groep met gekleurde vierkanten te zien. Als de letter in het midden een “N” (negeer) is, moeten ze deze nieuwe vierkanten negeren en de kleuren van de oude vierkanten blijven onthouden. Als de letter in het midden een “U” (update) is moeten ze juist de nieuwe kleuren onthouden en de oude vergeten. Tenslotte moeten ze op een kleurenwiel aangeven welke kleur hoorde bij het omlijnde vierkant. In het geval ze de letter “N” hadden gezien is dat dus de kleur paars, maar in het geval ze de letter “U” hadden gezien is het de kleur roze.

Er waren twee verschillende versies die altijd hetzelfde begonnen: Deelnemers kregen kort een aantal vierkanten te zien waarvan ze de kleuren moesten onthouden, wat gevolgd werd door een grijs scherm. Daarna verschenen er, steeds op dezelfde plek als eerst, nieuwe vierkanten in nieuwe kleuren op het scherm. Afhankelijk van de letter die in het midden van het scherm stond moesten ze andere dingen doen met deze nieuwe kleuren. Als er de letter “N” (negeer) stond moesten ze deze nieuwe kleuren negeren en de oude kleuren blijven onthouden. Als er de letter “U” (update) stond moesten ze juist deze nieuwe kleuren onthouden en de oude kleuren vergeten. Dit werd opnieuw gevolgd door een grijs scherm waarna er een kleurenwiel op het scherm verscheen. Op de plek van een van de kleuren was de omlijning van een vierkant te zien en deelnemers moesten op het kleurenwiel aangeven welke kleur daarbij hoorde. Bijvoorbeeld, als er rechts boven een omlijning te zien was en er was aangegeven dat ze de nieuwe kleuren moesten negeren, dan moesten ze de kleur van het eerste vierkant rechtsboven aangeven. Als er was aangegeven dat ze moesten updaten en dus de nieuwe kleuren moesten onthouden, dan moesten ze de kleur van het tweede vierkant rechtsboven aangeven. Aangezien de kleuren maar erg kort op het scherm te zien waren (500 milliseconden) en het dus een grote mate van aandacht van de deelnemer vereiste, was dit een moeilijk spel. Door het gebruik van dit spel kon ik kijken naar de prestatie op taken die verschillende vormen van cognitieve vaardigheden testen: cognitieve stabiliteit (je focussen op informatie terwijl je nieuwe informatie moet negeren) en cognitieve flexibiliteit (het wisselen van je aandacht door nieuwe informatie juist binnen te laten).

Dit werkgeheugenspel heb ik gebruikt in vier van mijn vijf onderzoeken, gerapporteerd in de hoofdstukken 2 tot en 5 van dit proefschrift. In hoofdstuk 2 heb ik gekeken naar hoe medicatie de keuze van deelnemers beïnvloedde tussen het moeten spelen van dit moeilijke spel of te doen waar ze zin in hadden. In de hoofdstukken 3 tot en met 5 heb ik gekeken naar hoe verschillende vormen van beloning de prestatie op de twee vormen van cognitieve vaardigheden beïnvloedde. Omdat er weinig tot geen effect van beloning leek te zijn op de prestatie op dit werkgeheugenspel, heb ik in hoofdstuk 6 een ander, al veel getest spel gebruikt om te kijken naar hoe beloning prestatie beïnvloedde. In de volgende sectie bespreek ik kort elk van de vijf onderzoeken en mijn bevindingen.

Methylfenidaat verhoogt motivatie voor cognitie vooral in mensen met veel dopamine in hun hersenen

Voor het onderzoek in hoofdstuk 2 moesten deelnemers een reeks keuzes maken tussen het spelen van het moeilijke werkgeheugenspel voor een bepaald geldbedrag of het mogen doen wat ze wilden voor een lager bedrag. Ze mochten dan bijvoorbeeld hun telefoon of de computer gebruiken voor een periode die gelijk was aan de tijd die het zou kosten om het spel te spelen. Deze reeks keuzes voeren ze eenmaal uit na het innemen van methylfenidaat en eenmaal na het innemen van een placebo pil. Op deze manier kon ik testen wat het effect was van methylfenidaat, dat dopamine verhoogt, op de motivatie van de deelnemers om het cognitief moeilijke spel te spelen. De resultaten wezen uit dat mensen een sterkere voorkeur hadden om het spel te spelen na het nemen van methylfenidaat dan na de placebo, maar dit effect was eigenlijk voornamelijk aanwezig in mensen met veel dopamine in hun striatum. Dus, om te weten wat methylfenidaat zal doen met je motivatie voor een cognitieve taak is het belangrijk om te weten hoeveel dopamine je al in je hersenen hebt.

Het is onduidelijk wat de effecten van beloning zijn op cognitieve prestatie

In de hoofdstukken 3 tot en met 5 heb ik gekeken naar de effecten van beloning op cognitieve stabiliteit (negeer) en flexibiliteit (update), gebruikmakende van het werkgeheugenspel. In hoofdstuk 3 beloofde (en gaf) ik deelnemers extra geld als ze het goed deden op het werkgeheugenspel. Hoeveel extra geld dat was verschilde per beurt. Ik zag echter geen verschil in prestatie tussen het beloven van veel of weinig geld. Ook was er geen verschil tussen het effect van beloning of stabiliteit of flexibiliteit. In hoofdstuk 4 heb ik daarom de beloningsregel aangepast, zodat mensen sowieso extra geld kregen, onafhankelijk van hoe goed ze het deden. Ik vond echter ook geen effect van deze vorm van beloning op prestatie of op stabiliteit versus flexibiliteit. Ik heb toen in hoofdstuk 5 weer gekeken naar beloning die afhankelijk is van je prestatie, zoals in hoofdstuk 3, maar nu vroeg ik deelnemers ook om een vragenlijst in te vullen over hoe impulsief ze zijn, een eigenschap die waarschijnlijk gerelateerd is aan dopamine gehaltes in je hersenen. Opnieuw vond ik geen duidelijke effecten. Tenslotte heb ik in hoofdstuk 6 een ander, al veel getest spel gebruikt. Uit een eerder onderzoek was gebleken dat beloning ervoor zorgt dat deelnemers beter op dit spel werden als ze weinig dopamine in hun striatum hadden, maar dat ze slechter werden als ze veel dopamine in hun hersenen hadden. In hoofdstuk 6 heb ik deze bevindingen echter niet kunnen repliceren in een grotere groep deelnemers.

Conclusie

Samengevat heb ik in dit proefschrift op verschillende manieren getracht de relatie tussen motivatie en cognitie te beïnvloeden. In hoofdstuk 1 heb ik gevonden dat het dopamine verhogende middel methylfenidaat de motivatie om je cognitief in te spannen verhoogt, maar dat dit voornamelijk zo is als je al veel dopamine in een bepaald gebied van je hersenen, het striatum, hebt. Methylfenidaat werkt dus niet bij iedereen hetzelfde, wat belangrijk is om rekening mee te houden als je als student even een pilletje methylfenidaat (Ritalin®) wilt nemen voor een examen of wanneer je het als arts voorschrijft aan een patiënt.

Vervolgens heb ik in de hoofdstukken 3 tot en met 6 op verscheidene manieren getest of een financiële beloning een effect heeft op cognitieve prestatie, en belangrijker, of dat dit verschilt voor taken waarbij je een stabiele focus moet hebben en taken waarbij je juist steeds nieuwe informatie toe moet laten. Ik vond echter geen effecten van beloning. De open vraag is of dit ligt aan de specifieke taken die ik heb gebruikt of dat de effecten van beloning veel kleiner, of veel variabeler zijn dan we altijd gedacht hebben, wat grote gevolgen kan hebben voor bijvoorbeeld het onderwijs of de werkvloer.