Onderzoek met mensen

Naast onderzoek in het lab en/of met diermodellen, doet de Roelfsema groep ook onderzoek met mensen. Onder andere voor de behandeling van epilepsie en een aantal psychiatrische aandoeningen.

Meten aan enkele hersencellen

Het meten van de activiteit van individuele hersencellen is de ‘gouden standaard’ in neurowetenschappelijk onderzoek en geeft inzicht in de zenuwmechanismen die verantwoordelijk zijn voor de cognitieve processen zoals waarneming en geheugen. Tot voor kort was het alleen in diermodellen mogelijk om activiteit van individuele hersencellen te meten. Recent is echter gebleken dat het ook mogelijk is in mensen. De activiteit kan gemeten worden tijdens de behandeling van epilepsie waarbij elektroden in de hersenen van een patiënt zijn aangebracht.

In dit soort uitzonderlijke situaties onderzoeken we de basis van cognitieve functies in verschillende hersengebieden terwijl de patiënt simpele cognitieve taken uitvoert. Het plaatje hier beneden geeft schematisch weer hoe de elektroden er uitzien. Ze zijn ontwikkeld door Itzhak Fried en staan ook wel bekend als Behnke-Fried elektroden. Met deze micro-elektroden kunnen zowel globale elektrische stromen (veldpotentialen) als activiteit van individuele cellen worden gemeten. In tegenstelling tot beeldvormende technieken als PET en fMRI, geven deze signalen directe informatie over hersenactiviteit en het verband tussen verschillende gebieden in het brein. Daarnaast biedt het de mogelijkheid om elementen van waarneming en cognitie te bestuderen die onmogelijk te testen zijn in diermodellen, zoals bijvoorbeeld inbeeldingsvermogen. Deze experimenten slaan daarom niet alleen een brug tussen eerdere bevindingen in dierstudies en het menselijke brein, ze leveren ook unieke nieuwe inzichten die op geen enkele andere wijze te verkrijgen zijn.

Ontwikkelen van een visuele prothese

Wereldwijd zijn ongeveer veertig miljoen mensen blind (Wereldgezondheidsorganisatie, 2010). Patiënten met een beschadigd visueel systeem kunnen grofweg in twee groepen worden ingedeeld: degenen bij wie de schade zich bevindt voor of in de fotoreceptoren van het netvlies; en degenen bij wij de schade zich verderop in het visueel systeem bevindt. Voor de eerste groep patiënten zijn de laatste jaren diverse netvlies-prothesen ontwikkeld (SecondSight; Bionic Vision Australia; Retinal Implant AG) en zijn klinische tests onderweg. De problemen van de tweede groep zijn moeilijker aan te pakken, maar elektrische stimulatie van de hersenschors kan een uitkomst bieden. Door elektroden in de visuele hersenschors aan te brengen en het omringende weefsel te stimuleren met zwakke elektrische stroompjes kunnen kleine visuele percepten, zogenaamde ‘fosfenen’, worden geïnduceerd.

Wij onderzoeken hoe rhesusapen deze kunstmatige percepten, gegenereerd door ongeveer 1000 elektroden per proefdier, ervaren. Zulke hoge elektrode-aantallen zijn uniek. Met zo’n hoge elektrode-dichtheid kunnen we betekenisvolle informatie direct de hersenschors insturen en onderzoeken hoe het primatenbrein dergelijke fosfeen-beelden verwerkt en er van leert. De stabiliteit en betrouwbaarheid van het implantaat wordt continu in de gaten gehouden en de kwaliteit van van de elektrische stimulatie wordt over langere tijd in kaart gebracht. Dit werk zal de fundamenten leggen voor de klinische ontwikkeling van een visuele hersenschors prothese voor blinden.

Diepe hersenstimulatie

Diepe hersenstimulatie (DHS) is de chronische elektrische stimulatie van gebieden diep in de hersenen. Het word wordt al enige tijd toegepast als behandelmethode tegen motorische problemen als gevolg van Parkinson, maar heeft de laatste jaren ook zijn intrede gedaan voor de behandeling van cognitieve problemen. In deze context wordt het inmiddels succesvol toegepast voor psychiatrische aandoeningen als obsessief-compulsieve stoornis, depressie, en verslaving. Het probleem bij het gebruik van DHS in de psychiatrie is echter dat het zelfs bij positieve behandelresultaten niet helemaal duidelijk is waarom de methode werkt en welke hersengebieden er bij betrokken zijn. Om hier meer inzicht in te krijgen werken we nauw samen met de Neuromodulation & Behaviour-groep van het Herseninstituut en de afdeling psychiatrie van het Academisch Medisch Centrum, waar patiënten met diverse aandoeningen met DHS worden behandeld. In deze samenwerking proberen we de hersennetwerken te identificeren die door DHS worden beïnvloed en in kaart te brengen wat hun rol is in de cognitieve functies die zijn verstoord bij de psychiatrische aandoeningen die goed met DHS te behandelen blijken te zijn. Hierbij richten we ons vooral op de hersennetwerken die betrokken zijn bij het verwerken van beloningsprikkels en cognitieve functies als besluitvorming en de controle van impulsief gedrag. Het stimuleren van klinisch relevante hersengebieden terwijl we tegelijkertijd de effecten hiervan meten op gedrag (met een diverse cognitieve taken) en op hersenactiviteit (met fMRI), zal hopelijk de kennis opleveren die het mogelijk maakt DHS optimaal te benutten als behandelmethode voor diverse psychiatrische aandoeningen.