Hoe leg je het binnenste van het brein bloot?

Facebooktwitterlinkedinmail

11 april 2023 – Er is een gebied midden in ons brein waar neurowetenschappers nog weinig van weten: de subcortex. Op de meeste MRI kaarten van het brein blijft dit gebied zelfs leeg. Dat is opmerkelijk, want het gebied is niet onbelangrijk. De eerste symptomen van Alzheimers dementie worden hier bijvoorbeeld waargenomen.

Cognitief neurowetenschapper Steven Miletić legt uit waarom het zo lastig is de subcortex te onderzoeken en hoe hij de anatomie en werking van de subcortex beter probeerde te begrijpen. Maandag 17 april verdedigt hij zijn proefschrift aan de Universiteit van Amsterdam.

Een gat in het brein
Al 2000 jaar doet de mens onderzoek naar het brein en vooral de laatste honderd jaar is men veel over het brein te weten gekomen. Deze kennis is vastgelegd in een soort kaarten van de hersenen die de verschillende gebieden en functies weergeven, zoals waar zicht en taal aan verbonden zijn.

Een digitale kaart van het brein met de verschillende gebieden (bron: wikipedia/public domain)
‘Dat is allemaal heel mooi werk’, stelt Miletić, ‘maar er is iets opmerkelijks aan de hand. Op die kaarten zien we namelijk steeds een gat dat niet is ingevuld. En het is niet zo dat we met een gat in ons brein rondlopen. Waarom zijn die kaarten in het midden dan allemaal leeg?’

De subcortex
Het gaat hier om het gebied dat de subcortex wordt genoemd, een gebied direct onder de cortex of de buitenste laag van de grote hersenen. ‘Er zijn verschillende wetenschappelijke aanwijzingen dat de subcortex belangrijke dingen doet voor gezond functioneren,’ stelt Miletić. ‘De eerste symptomen van ziektes als Alzheimer’s dementie vinden bijvoorbeeld in de subcortex plaats. Voor ons begrip van hersenfuncties en hersenziektes is het daarom van groot belang de subcortex goed te begrijpen.’ Dus wederom de vraag, waarom is dit gebied dan leeg op al die kaarten?

Moeilijk meten
Om dit uit te leggen moeten  we even naar het plaatje rechts kijken. ‘Je kunt hier goed zijn dat de subcortex in het midden van het brein en het verst van de schedel ligt. Namelijk op de plek waar de electrode wordt geplaatst. Bij levende mensen kunnen we alleen vanaf de buitenkant van de schedel naar binnen kijken, bijvoorbeeld met een MRI of EEG. En dan is die afstand te groot om een scherp beeld te krijgen van de subcortex.’

Maar kun je dan niet in het brein kijken van iemand die is overleden? ‘Je kunt de anatomie van een overleden persoon wel goed in beeld brengen, maar deze anatomische atlas kun je niet zomaar naast een gezond persoon leggen. Het brein van een overleden persoon is vaak sterk verouderd, er kunnen afwijkingen zijn en het brein verandert ook van vorm als je het uit de schedel haalt. Bovendien kun je in een dood brein niet onderzoeken welke lichamelijke functies of menselijk gedrag met bepaalde gebieden samenhangen.’

Magnetic Resonance Imaging (MRI), wordt gebruikt om gedetailleerde scans te maken waarop de structuur van de hersenen – de anatomie – goed te zien is. Dit gebeurt met magneetvelden en radiogolven. Op een MRI-beeld ziet de grijze stof (de cellichamen van de hersencellen) er bijvoorbeeld anders uit dan de witte stof (de uitlopers van hersencellen die de verbindingen tussen hersengebieden vormen) of hersenvloeistof. Zo’n MRI-scan kan ook gebruikt worden om te bepalen waar de hersenactiviteít zich bevindt. Die activiteit wordt dan gemeten met een aparte fMRI-scan. De sterkte van een magneet in een MRI drukken we uit in Tesla (T). 7T staat voor 7 Tesla. (bron: Kennislink)

Een beter anatomisch beeld met 7 Tesla
Lastig te onderzoeken dus, toch lukte het Miletić een wat beter anatomisch beeld van de subcortex te krijgen. Dit dankzij een MRI scanner met een hele krachtige magneet van 7 Tesla. ‘De meest gebruikte MRI zijn minder krachtig en geven in subcorticale gebieden een vaag grijs beeld waar nauwelijks iets op te zien is. Met 7 Tesla scanners kun je meer contrasten in het weefsel zien,’ legt Miletić uit.

De scanner goed aanzetten
Een beter anatomisch beeld is belangrijk, maar als neurowetenschapper wilde Miletić vooral weten hoe de subcortex verbonden is met bepaald gedrag. Hiervoor moest hij de activiteit in dit hersengebied in kaart brengen. ‘Lichten bepaalde delen bij bepaald gedrag op of niet?’ Maar voordat je dit kunt meten, moet je eerst weten hoe je de scanner goed aan zet. ‘Je drukt niet even op een knopje. Je moet uit een enorme lange lijst van instellingen kiezen en al die keuzes bepalen de kwaliteit van het beeld.’ Een tweede stap in het onderzoek was dan ook het ontwikkelen van de optimale instelling van de 7T scanner voor een goede scan van de subcortex.

Taakjes in de scanner maken
Na deze stappen kon Miletić proefpersonen in de scanner computertaakjes laten uitvoeren om zo hersenactiviteit te meten. ‘We richtten ons op keuze- en leergedrag want uit dierenonderzoek weten we al dat dat deze prominent zijn in de subcortex. Proefpersonen moesten steeds kiezen tussen opties waarvoor ze verschillende punten kregen. Zo leerden ze wat de beste keuzes waren.’ Dit analyseerde Miletić vervolgens met cognitieve modellen die bepaalde keuzes kunnen voorspellen.

Met zijn onderzoek leerde Miletić zo meer over de anatomie van de subcortex en hoe die betrokken is bij leer- en keuzegedrag. ‘Bij dit soort slow science zijn dit geen knallende resultaten, maar kleine stappen naar meer begrip.’

Proefschrift details
Steven Miletić , 2023, ‘Modelling structure and function of the human subcortex’, Promotor is prof. dr. B.U. Forstmann. Copromotor is dr. P.L.E.A. Bazin. Op zoek naar het proefschrift? Bekijk de database van UvA-DARE voor alle publicaties.

Tijd en locatie
Maandag 17 april, 14.00, Agnietenkapel, Amsterdam.

Bron: uva.nl 

Dit bericht is 940 keer gelezen.

Facebooktwitterlinkedinmail