Optische beeldvorming en andere technieken

Optische beeldvorming is een techniek waarbij men met licht door de schedel heen schijnt om zo hersenactiviteit vast te stellen. De technieken die hier gebruik van maken zijn goedkoop en relatief draagbaar. Ze zijn ook stil en veilig: omdat alleen licht wordt gebruikt, kunnen deze methoden gebruikt worden om iedereen, zelfs zuigelingen, te bestuderen.

NIRS

In een techniek die nabij-infrarood-spectroscopie (NIRS) wordt genoemd, wordt laserlicht met frequenties in het nabije-infrarood spectrum gebuikt. In dit frequentiegebied is de schedel bijna transparant. Door te observeren hoeveel licht bij elke frequentie uit de hersenen wordt gereflecteerd, kunnen onderzoekers een bloedstroom, en dus hersenactiviteit, opsporen. Bloed met zuurstof daarin absorbeert de verschillende frequenties van licht namelijk anders dan bloed waarin het zuurstof is verbruikt. Diffuse optische tomografie wordt dan gebruikt om kaarten van hersenactiviteit te maken.

Een soortgelijke techniek, het gebeurtenis-gerelateerde optische signaal (event-related signal), registreert hoe licht zich verspreidt na snelle cellulaire veranderingen. Deze cellulaire veranderingen treden op wanneer zenuwcellen, signalen doorgeven, die actiepotentialen worden genoemd. Met deze techniek kan zelfs hersenactiviteit worden gemeten die slechts milliseconden duurt.

TMS

Een andere techniek, genaamd transcraniale magnetische stimulatie (TMS), werkt door elektrische impulsen in de hersenen te veroorzaken. Bij deze techniek wordt een elektromagnetische spoel tegen het hoofd aangehouden. Deze spoel zendt krachtige magnetische pulsen uit, waardoor het magnetisch veld rondom het hoofd wordt veranderd. Deze verandering veroorzaakt elektrische impulsen in de hersenen waardoor de hersenen lokaal kunnen worden gemanipuleerd. TMS wordt gebruikt om tijdens bepaald gedrag, de rol van specifieke hersengebieden te onderzoeken. TMS kan gecombineerd worden met andere beeldvormende technieken zoals fMRI, zo kan een functioneel verband worden vastgesteld tussen een hersengebied en bepaald gedrag.

Onderzoek bij het Nederlands Herseninstituut

Bij het Nederlands Herseninstituut worden verschillende van deze technieken gebruikt. De groepen van Heimel, Keyers, Levelt, Lohmann, Roelfsema en De Zeeuw gebruiken bijvoorbeeld optische beeldvorming om informatieverwerking in de hersenen van de muis te meten. De hersenactiviteit kan worden verbeeld door lokale zuurstofniveaus in het bloed te meten met behulp van de hierboven genoemde technieken. Daarnaast wordt de hersenactiviteit ook directer gemeten via de hersenen van muizen. Door bijvoorbeeld de hersencellen in de muis zelf een fluorescent eiwit te laten maken, waarbij de mate van fluorescentie afhangt van de activiteit van de hersencel, kan met speciale microscopen de activiteit van honderden hersencellen tegelijkertijd gemeten worden. Met andere optogenetische technieken kan de activiteit van individuele hersencellen niet alleen gemeten worden, maar ook tijdelijk veranderd worden. In dieren kunnen hersencellen namelijk door middel van licht, aan of uit worden gezet.

De groepen van Gazzola, Keysers en Van Someren gebruiken TMS om de hersenactiviteit in mensen heel lokaal te manipuleren, zodat onderzocht kan worden welke delen van de menselijke hersenen bij welke processen betrokken zijn.

Deze tekst is gebaseerd op een artikel van BrainFacts.org– Society for Neuroscience.

Vertaling: Alexander Heimel