Een nieuw instrument om de hersenen te begrijpen

Hoe werken onze hersenen? Een internationaal team van onderzoekers, waaronder hoofdauteur Daan Brinks van de TU Delft, heeft een volgende stap gezet in de beantwoording van die vraag. Ze hebben een nieuw instrument ontwikkeld waarmee ze elektrische signalen in de hersenen kunnen afbeelden met een nooit eerder vertoonde combinatie van precisie, resolutie, gevoeligheid en diepte.

Afgezien van het feit dat het een van de grote wetenschappelijke uitdagingen van onze tijd is, is het begrijpen van de hersenen van cruciaal belang om behandelingen te vinden voor de vele aandoeningen van het zenuwstelsel, zoals dementie en de ziekte van Parkinson. In wezen worden de signalen en berekeningen in de hersenen verwerkt in de vorm van bio-elektriciteit: veranderingen in de spanning over het membraan van hersencellen. Om de hersenen te begrijpen, moeten we deze signalen dus ontcijferen en in verband brengen met gedrag.

Vroegere beperkingen
In de afgelopen decennia is er veel moeite gedaan om instrumenten te ontwikkelen waarmee hersensignalen zichtbaar kunnen worden gemaakt. Deze hebben echter allemaal hun beperkingen. Zij missen bijvoorbeeld de precisie om specifieke cellen te identificeren, of de gevoeligheid om kleine fluctuaties in bio-elektriciteit in delen van hersencellen te detecteren. Ook is bij bepaalde methoden de tijdsresolutie om de volledige berekeningen die hersencellen uitvoeren op te lossen ontoereikend, of zijn ze niet in staat signalen diep genoeg in het hersenweefsel te detecteren om te kunnen bepalen hoe deze berekeningen worden uitgevoerd in intacte celnetwerken.

Nieuw instrument
Een internationaal team van wetenschappers, waaronder hoofdauteur Daan Brinks van de TU Delft, heeft nu genetische en optische technieken gecombineerd tot een instrument waarmee onderzoekers elektrische signalen in de hersenen kunnen afbeelden met een ongekende combinatie van precisie, resolutie, gevoeligheid en diepte. "Voor het eerst kunnen we de elektrische signalen afbeelden terwijl ze zich voortplanten langs de uitsteeksels van hersencellen diep in een muizenbrein", zegt Brinks. "We kunnen dit vermogen gebruiken om te proberen te begrijpen hoe delen van cellen, cellen en netwerken van cellen de elektrische signalen genereren en verwerken die ertoe leiden dat wezens denken, zich iets herinneren en zich op een bepaalde manier gedragen."

Ingenieursinsteek
In de context van de TU Delft is dit een interessante ontwikkeling omdat het kenmerkend is voor een groep nieuwe, jonge onderzoekers die er de afgelopen jaren hun onafhankelijke labs zijn begonnen, de TU Delft in nieuwe onderzoeksrichtingen duwen en een ingenieursinsteek meebrengen in het streven om het brein fundamenteel te begrijpen. Deze onderzoekers creëren innovatieve instrumenten om nieuwe aspecten van de hersenen te zien en ons begrip van dit belangrijkste en fascinerendste orgaan te vergroten.