Hallucinaties door flitsende lichten: wat gebeurt er in ons brein?

Een nieuwe studie van het Nederlands Herseninstituut laat zien hoe lichtflitsen hallucinaties in ons brein kunnen veroorzaken: ze produceren zogeheten ‘staande golven’ van hersenactiviteit.

Je zit in de bus of trein en sluit je ogen. Door het flikkerende zonlicht dat door de bomen valt, beland je plotseling in een hallucinerende staat met levendige illusies van geometrische patronen. Dit is wat Brion Gysin in de late jaren 60 ervoer tijdens zijn trip naar Marseille.

Dat knipperende lichten hallucinaties kunnen veroorzaken was voor wetenschappers geen verrassing. Stroboscopisch licht, veelal bekend van de dansvloeren, wordt al 200 jaar gebruikt in neurowetenschappelijk onderzoek. Neurowetenschapper Purkinje ontdekte in 1819 al dat het herhaaldelijk blootstellen aan lichtflitsen ervoor kan zorgen dat ons brein uit zichzelf geometrische patronen en prachtige beelden kan creëren.

De onderzoeksresultaten werden in de jaren 60 opgepikt door leden van de zogeheten Beat Generation- die op zoek waren naar het ontstaan van geestverruimende ervaringen zonder dat daar drugs aan te pas kwamen. Zowel wetenschappers als kunstenaars waren gefascineerd door het hallucinerende effect van stroboscopisch licht. Hoe kan het nou dat er patronen ontstaan die er eigenlijk niet zijn? Hoe werkt het nou precies en wat gebeurt er in ons brein?

Lopende golf versus staande golf

Wiskundigen probeerden modellen te bouwen om de werking beter in kaart te brengen. Ze dachten dat deze hallucinatoire patronen kunnen worden beschouwd als staande golven van activiteit in de visuele hersenschors. Er zijn verschillende soorten golven: lopende en staande golven. Lopende golven kunnen worden vergeleken met een druppel die in het water valt en zich verspreidt. Een voorbeeld van staande golven is wanneer twee mensen elk een uiteinde van een springtouw vasthouden en het synchroon bewegen. Dit creëert een patroon van golven die op en neer bewegen. Vanwege de specifieke bedrading van ons visuele systeem zou de richting van deze gestreepte patronen bepalen wat er wordt waargenomen. Maar is er bewijs dat staande golven in ons brein kunnen ontstaan?

Golven in het muizenbrein

Om dit te onderzoeken, keek Rasa Gulbinaite met haar collega’s naar de vorming van deze patronen in het muizenbrein. Rasa Gulbinaite legt uit: “Ik bestudeer hersengolven en kijk hoe ze beïnvloed worden door ritmes om ons heen, zoals visuele prikkels, geluiden en aanrakingen. Bij mensen is dit moeilijk te meten vanwege de plooien in onze hersenen. Wat er binnenin ons brein gebeurt, kunnen we niet aan de oppervlakte zien.”

“Maar muizen hebben een plat brein, waardoor het makkelijker is om de activiteit aan de oppervlakte in kaart te brengen. In onze experimenten stelden we de muizen bloot aan de flitsende lichten. Deze muizen waren genetisch gemodificeerd en hadden een fluorescerend label dat aan specifieke neuronen was gehecht. Wanneer deze neuronen actief waren, gloeiden ze op, waardoor we hersenactiviteit konden volgen. We maakten foto’s van de hersenen met een hogesnelheidscamera terwijl de flitsen werden getoond.”

Rimpels in een vijver

“We weten dat als we een specifieke locatie in het gezichtsveld stimuleren, we activiteit moeten zien in het overeenkomstige hersengebied dat deze locatie vertegenwoordigt. Dit zagen we dan ook, maar dat was niet het enige: we zagen dar er daarnaast ook golven van hersenactiviteit ontstonden die zich door de hele hersenschors verspreidden, met als oorsprong het gestimuleerde punt.”

“Deze golven leken op rimpels in een vijver nadat er een steen in het water is gegooid. Als er met regelmatige tussenpozen stenen worden gegooid, verspreiden de rimpels zich, kaatsen ze af van de oevers, interfereren ze met elkaar en vormen ze staande golven. Sommige delen van het vijveroppervlak lijken stil, terwijl andere bewegen. Dit is precies wat er gebeurde bij hogere stroboscooplampfrequenties in ons experiment: de lopende golven veranderden in staande golven, waarbij sommige gebieden van de visuele hersenschors meer geactiveerd werden en andere minder.”

“Onze bevindingen bevestigen de eerdere hypothese dat flikkerend licht staande golven kan veroorzaken in de visuele hersenschors. Of muizen ook hallucinaties hebben, kunnen we niet zeggen: dit is het meest uitdagende onderdeel van ons onderzoek. Er is echter goede reden om te geloven dat staande golven het mechanisme achter hallucinaties kunnen zijn. Mensen rapporteren dat wanneer de knipperfrequentie hoger is, ze fijnere patronen waarnemen tijdens hallucinaties. En dat is precies wat we ook zien in de hersenen van muizen: naarmate de frequentie toeneemt, worden de patronen fijner. We hebben nog geen definitief antwoord, maar we laten nu voor het eerst overtuigend bewijs zien.”

Bron: Current Biology

 

Bekijk hier onze infographic: