Nieuw onderzoek wijst uit: er is een duidelijke relatie tussen hersenvorm en hersenactiviteit

By Team IO

Onze hersenactiviteit is het resultaat van de manier waarop verschillende gebieden in de hersenen met elkaar communiceren via complexe neuronale verbindingen. Dit algemeen aanvaarde idee moet worden aangepast, stellen onderzoekers van het Turner Institute for Brain and Mental Health van Monash University en het Radboudumc in een artikel in Nature. De algemene vorm van iemands hersenen heeft een veel grotere invloed op hoe wij denken, voelen en ons gedragen dan eerder werd aangenomen, zegt Radboudumc in een persbericht.

Op een andere manier kijken

Het onderzoek, gepubliceerd in Nature, combineert benaderingen uit de fysica, de neurowetenschappen en de psychologie, waardoor het mogelijk was op een hele andere manier naar hersenactiviteit te kijken. Marianne Oldehinkel, vanuit het Radboudumc bij het onderzoek betrokken: “In dit onderzoek hebben we eigenmodes gebruikt bij het bestuderen van meer dan 10.000 MRI-opnames van menselijke hersenactiviteit. Eigenmodes zijn natuurlijke trillingspatronen in een systeem, waarbij verschillende delen van het systeem allemaal op dezelfde frequentie trillen of actief zijn. Door het combineren van verschillende eigenmodes kunnen activiteitspatronen in de hersenen gemodelleerd en onderzocht worden. Dat klinkt misschien wat vreemd. Eigenmodes worden meestal gebruikt in natuurkunde en techniek en nog nauwelijks toegepast bij hersenonderzoek. Maar op basis van die eigenmodes hebben we dus ons onderzoek uitgevoerd.”

Tot dusver overheerst het idee dat hersenactiviteit vooral is gebaseerd op de complexe verbindingen tussen diverse locaties in de hersenen. In dit onderzoek komt naar voren dat er een duidelijke relatie bestaat tussen de hersenvorm en de hersenactiviteit. In zekere zin wordt gekeken naar het brein als klankkast, waarin typerende eigenmodes ontstaan bij hersenactiviteit. 

Uit onderzoek blijkt: tijdens het vasten geven hersenen opdracht tot afvalverwijdering in cellen

Wetenschappers van het Max Planck Institute for Metabolism Research hebben ontdekt dat de hersenen tijdens het vasten een cruciale rol spelen bij het initiëren van … Continued

Hersenvorm beïnvloedt de functie

Het team, onder leiding van Alex Fornito van de Monash Universiteit Australië, vergeleek hoe goed eigenmodes – verkregen uit modellen van de hersenvorm – verschillende activiteitspatronen konden verklaren. Die vergeleken ze met eigenmodes verkregen uit modellen van hersenconnectiviteit. Fornito: “Wij ontdekten dat eigenmodes gedefinieerd door de geometrie van de hersenen – de contouren en kromming – de sterkste anatomische beperking vormden voor de hersenfunctie, net zoals de vorm van een trommel de geluiden beïnvloedt die hij kan maken. Vervolgens bleek dat de nauwe band tussen geometrie en functie wordt aangedreven door een soort golven van activiteit die zich door de hersenen voortbewegen, net zoals de vorm van een vijver de golfbewegingen beïnvloedt die worden gevormd door een vallend steentje.”

Eerste auteur James Pang, van het Turner Institute en de School of Psychological Sciences van de Monash University: “We hebben lang aangenomen dat specifieke gedachten of sensaties activiteit opwekken in specifieke delen van de hersenen, maar ons onderzoek laat zien dat gestructureerde patronen van activiteit worden opgewekt in bijna de hele hersenen, net zoals de manier waarop een muzieknoot ontstaat uit trillingen die ontstaan over de hele lengte van een vioolsnaar, en niet slechts in een geïsoleerd segment.” Net zoals de resonantiefrequenties van een vioolsnaar worden bepaald door de lengte, dichtheid en spanning, worden de eigenmodes van de hersenen bepaald door de fysische, geometrische en anatomische eigenschappen. Maar welke specifieke eigenschappen het belangrijkst zijn, is nog een mysterie.

Breder zicht op hersenfunctie?

Om het belang van de onderzoeksresultaten te duiden zegt Oldehinkel: “Dit resultaat gaat in tegen de conventionele wijsheid, waarbij wordt verondersteld dat de hersenactiviteit voorkomt in focale, geïsoleerde gebieden van verhoogde activiteit en toont aan dat traditionele analyses van hersenactiviteit mogelijk slechts een beperkt zicht geven op hoe onze hersenen werken. Door dit onderzoek kunnen we bijvoorbeeld het effect van ziekten als dementie en beroerte gaan analyseren door naar vormmodellen van de hersenen te kijken. Die zijn veel gemakkelijker te hanteren dan modellen van de volledige reeks verbindingen van de hersenen.”