Onderzoekers van de KU Leuven hebben voor het eerst op menselijke hersenen testen kunnen uitvoeren in een specifiek hersengebied dat het herkennen van voorwerpen mogelijk maakt. Patiënten die in het kader van een andere behandeling een operatie aan de hersenen moesten ondergaan kregen micro-elektroden ingeplant. Deze onderzoeksmethode is uniek, zegt KU Leuven. De resultaten werden gepubliceerd in PLOS Biology. Eén van de resultaten: menselijke hersencellen reageren trager dan de cellen van een aap.
Er bestaan verschillende manieren om de hersenen onder de loep te nemen. Wetenschappers kunnen functionele MRI-scans maken van onze hersenen en zo zien welke gebieden actief worden wanneer we een bepaalde taak uitvoeren. Daarbij kijken ze naar een grote groep hersencellen (honderdduizenden cellen). Deze methode is helaas heel traag en levert informatie die te weinig gedetailleerd is.
Een tweede methode omvat het inbrengen van micro-elektroden in de hersenen van proefdieren zoals muizen, ratten en apen. Deze methode laat toe om signalen te registreren met een hogere resolutie (micrometers en milliseconden), tot op het niveau van één enkele hersencel. Hieruit hebben wetenschappers al bijzonder veel geleerd, maar de hersenen van deze dieren zijn natuurlijk niet identiek aan deze van de mens. Het onderzoek van Thomas Decramer, Elsie Premereur, Peter Janssen en Tom Theys biedt een antwoord: zij konden voor het eerst bij de mens micro-elektroden inbrengen in een deel van de visuele cortex dat verantwoordelijk is voor het herkennen van voorwerpen.
Visuele cortex
Het lab van professor Janssen werkte voor dit onderzoek samen met professor Tom Theys, specialist in epilepsiechirurgie en verbonden aan UZ Leuven. Bij patiënten met ernstige epilepsie kan het nodig zijn om elektroden in te brengen in de hersenen om zo te kunnen registreren waar de aanvallen beginnen, in de hoop om nadien deze zone te kunnen verwijderen. Tijdens deze procedure werden bijkomende micro-elektroden ingebracht in de visuele cortex om met een hogere resolutie zowel de epilepsie als de normale hersenfuncties in kaart te brengen.
Gedurende de twee weken die de patiënten na de operatie in het ziekenhuis doorbrachten, kregen zij afbeeldingen van voorwerpen te zien. De micro-elektroden konden op dat moment registreren hoe de individuele hersencellen reageerden. Het is de eerste keer dat de werking van hersencellen in de visuele cortex op een dergelijk gedetailleerd niveau bestudeerd kan worden.
Na het verwijderen van de elektroden werd een functionele MRI-scan uitgevoerd. Tijdens deze scan kregen de patiënten dezelfde afbeeldingen van voorwerpen te zien. De onderzoekers zagen zo welke hersengebieden actief werden. Deze gegevens werden nadien vergeleken met de registraties door de micro-elektroden.
Trager dan de aap
Het onderzoek levert enkele interessante resultaten op. “De hersencellen in dit hersengebied reageren specifiek op bepaalde beelden van voorwerpen, wat op basis van beeldvorming via een MRI-scan verwacht was, maar nog nooit aangetoond werd”, zegt professor Janssen. “Op basis van eerder onderzoek dachten we echter dat de onderzochte hersencellen enkel zouden reageren als de patiënt een afbeelding te zien kreeg van een voorwerp op een specifieke plaats op het scherm, bijvoorbeeld in het midden. Nu blijkt dat deze cellen ook reageren als het voorwerp op andere posities staat, meer naar links of naar rechts bijvoorbeeld.” Opvallend was ook dat de menselijke hersencellen enkele tientallen milliseconden trager reageerden dan de cellen van de aap.
Belangrijk voor het hersenonderzoek was de bevinding dat de onderzoekers zich wel degelijk op de juiste hersencellen hadden gericht voor het zien van voorwerpen: op het moment dat de patiënt een afbeelding van een specifiek voorwerp zag, werden de onderzochte cellen actief, niet bij het tonen van andere voorwerpen. Dit bevestigt voorgaande experimenten bij proefdieren en beeldvormingsstudies bij de mens.
Gelijkaardige experimenten moeten in de toekomst in staat zijn om andere menselijke hersengebieden op dezelfde schaal te bestuderen.
Het volledige artikel in PLOS Biology
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
