GOLVEN van de GEEST
Je Bent
je Neurale Connecties
Informatie en Achtergronden over de BreinRitme Methode
Je Bent je Neurale Connecties
door Malou van Hintum
Bron: de Volkskrant
Wie aan brein denkt, ziet een walnootachtige structuur voor zich. Maar
steeds meer rijpt het inzicht dat juist de verbindingen tussen de
hersenkronkelingen cruciaal zijn.
Op termijn zal breinonderzoek zich minder gaan richten op hersengebieden, en meer op
het totale netwerk van verbindingen in het brein. Dat is de overtuiging van Martijn van
de Heuvel (UMC Utrecht), die als eerste Nederlandse wetenschapper werkt aan het in
kaart brengen van het human connectome, het breinequivalent van het humane
genoom.
Met het human connectome-project, waaraan onderzoekers overal ter wereld werken,
worden alle neuronale connecties in het brein in kaart gebracht. Neurowetenschapper
Martijn van den Heuvel doet dat met behulp van DTI, een MRI-techniek die in plaats van
grijze stof, witte stof in de hersenen zichtbaar maakt. Dat gaat door de richting van
watermoleculen in het brein te volgen. Op deze manier heeft hij inmiddels
honderdduizenden witte-stofbanen gereconstrueerd en kaarten van deze verbindingen
gemaakt. 'Een vernieuwende stap in DTI-onderzoek die het mogelijk maakt
hersenaandoeningen beter te bestuderen,' zegt hij.
100 triljoen connecties
Het menselijk brein kent ongeveer tien miljard neuronen, en elk neuron heeft gemiddeld
tienduizend connecties. In totaal gaat het dan om 100 triljoen connecties; 100 keer zo
veel als alle links op internet bij elkaar (Google's telling in 2008). Die in kaart brengen,
kan op verschillende niveaus gebeuren.
De traditionele manier is nagaan of er witte-stofbanen lopen tussen het ene
hersengebiedje en het andere. Een niveau dieper, op een schaal van twee millimeter
resolutie, worden groepen neuronen in kaart gebracht.
Bij whole brain DTI wordt geprobeerd miljoenen witte-stofbanen in het brein te traceren.
Daarbij worden in elk 'voxeltje' van twee millimeter witte-stofbanen gemeten en wordt
door de verschillende voxels heen hun voorkeursrichting gevolgd. 'De voxels zijn een
rooster dat je over die miljarden neuronen en hun verbindingen heen legt,' legt Van den
Heuvel uit. 'Daarbij gebruiken we per voxel duizenden fibertracks, wat betekent dat we
op een mesoscopische schaal werken.'
Vergelijk het met Google Maps: kijk je vanaf grote hoogte naar beneden, dan zie je een
bijna schematische weergave van het landschap. Vervolgens kun je steeds verder
inzoomen, tot het asbakje op het balkontafeltje van de buren aan toe. Van macro maar
micro; meso zit daar - vanzelfsprekend - tussen in.
Van den Heuvel brengt dan ook niet de individuele neuronen in beeld, maar laat met
behulp van tractografie zien hoeveel bundels er zijn en welke dikte ze hebben. Het
resultaat is vergelijkbaar met een groot bord vol hele dunne, in elkaar gedraaide
spaghetti: miljoenen verbindingen, die samen de totale bekabeling van het brein
vormen.
Knooppunten
Voor alle individuele verbindingen kan worden bekeken waar ze beginnen en eindigen,
welke gebieden ze met elkaar verbinden, en waar ze knooppunten met elkaar maken in
het brein. Die verbindingen en hun knooppunten worden zichtbaar gemaakt in een soort
bedradingsschema's, plaatjes op basis van mathematische connecties die bestaan uit
lijntjes en punten van verschillende dikten, die correleren met het aantal verbindingen
en de sterkte van de knooppunten.
'We hebben het dan steeds over afbeeldingen van het gezonde brein. Op basis daarvan
kunnen we kijken welke verbindingen zijn aangetast bij mensen die aan bepaalde
hersenaandoeningen lijden,' zegt Van den Heuvel.
Het is een andere manier van onderzoek doen dan tot nu toe gebruikelijk is.
Hersenonderzoekers kijken in de regel naar activiteit en vorm van verschillende
hersengebieden. Vanuit witte-stofperspectief zijn hersengebieden een soort stations
waartussen sporen lopen. De - fysieke - beweging tussen die stations is voor het al dan
niet ordentelijk verlopen van het treinverkeer in het hele gebied belangrijker dan de
eigenschappen van één specifiek station, en zelfs belangrijker dan de functionele
verbindingen tussen verschillende stations.
Van den Heuvel geeft het voorbeeld van de frontale cortex, een gebied waar volgens
wetenschappers onze cognitie zit. 'In het frontale gebied wordt heel veel informatie
geïntegreerd, omdat daar informatie uit heel veel verschillende bronnen binnenkomt.
Raakt dat gebied beschadigd, dan verloopt die integratie langzaam en krijg je
cognitieve klachten. Eerst werd gedacht dat de beschadiging beperkt zou blijven tot dat
gebied. Maar als je vanuit het human connectome-perspectief kijkt, begrijp je dat ook
op andere plekken in het brein negatieve effecten kunnen optreden, omdat die daar -
ook op langere afstand - via neuronale connecties mee verbonden zijn.
'Hersenaandoeningen zoals schizofrenie of een herseninfarct, maar ook een
neurologische aandoening zoals de spierziekte ALS, begrijp je beter wanneer je niet
alleen naar een paar aangetaste hersengebieden kijkt, maar ook naar de staat van de
lange-afstandsverbindingen in het brein. Dan zie je dat zo'n aandoening effect heeft op
het hele brein, en niet alleen op lokale gebieden daarbinnen. Ik verwacht dan ook dat
op termijn veel ziekten connectome-ziekten zullen blijken te zijn; en dat we in de
verbindingen moeten zoeken waar het misgaat.'
Compensatie
Andersom valt vanuit dit perspectief veel beter te begrijpen dat het brein over
compensatiestrategieën beschikt: het kan zijn energie als het ware verleggen doordat
neuronen nieuwe verbindingen maken. Dat is moeilijker naarmate verbindingen sterker
en gespecialiseerder zijn. Vandaar dat een jong brein veel plastischer is en meer
compensatiestrategieën kan ontwikkelen dan een ouder brein.
Het zijn de neuronale verbindingen die ons tot individuele subjecten maken, is Van
den Heuvels overtuiging: 'I am my connectome,' zoals Sebastian Seung, een van de
bekendste onderzoekers op dit gebied zegt. Ik ben ervan overtuigd dat niet zozeer ons
dna, maar de voortdurende vorming van ons individuele neuronale verbindingsnetwerk
ons maakt tot wie wij zijn. Ik denk ook dat ons bewustzijn in de status van dat netwerk
ligt.
'Er zijn geen hersenaandoeningen waarbij het bewustzijn wordt uitgeschakeld. Ik
verwacht daarom dat bewustzijn een eigenschap van een hogere orde is, die het
resultaat is van de totale activiteit in de verbindingspatronen, en niet iets wat je kunt
aanwijzen in een of meer hersengebieden.'