This post is also available in Engels.
In een eerdere blog beschreven we al kort hoe diffusie-gewogen beeldvorming of DWI (diffusion-weighted imaging) de beweging van watermoleculen in het brein meet om in te schatten wat de locatie, diameter en richting is van zenuwvezels. Op het eerste gezicht lijkt het misschien gek om het brein te onderzoeken door te berekenen hoe water beweegt. Wat hebben watermoleculen met zenuwvezels te maken? En hoe kunnen hersenonderzoekers iets onderzoeken wat ze niet kunnen zien?
Vezels van witte stof zijn de snelwegen van het brein
Witte stof in de hersenen bevat zenuwvezels van neuronen en geleidt elektrochemische signalen naar andere neuronen. Deze vezels zijn net snelwegen die grote steden met elkaar verbinden. Als de snelwegen goed onderhouden worden of breed zijn, of als er simpelweg heel veel snelwegen zijn, kunnen veel auto’s snel tussen steden reizen. Maar als het wegdek slecht is, of als er weinig banen of snelwegen zijn, kunnen minder auto’s heen en weer reizen en gaat dit ook langzamer.
Normaal gesproken zijn zenuwvezels bedekt met myeline, een stofje dat witte stof ook zijn relatief lichtere kleur geeft (vandaar de naam witte stof). Dit laagje myeline zorgt ervoor dat informatie sneller door een zenuwvezel gaat (myeline is dus het spul dat de snelwegen van zenuwvezels in goede staat houdt).
Diffusie-gewogen beeldvorming meet de beweging van water
Diffusie-gewogen beeldvorming (DWI) in het brein is een vorm van magnetische resonantie beeldvorming (MRI), waarmee je op microscopisch niveau naar witte stof kan kijken. Sinds de eerste toepassing op het menselijke brein in 1986 wordt DWI gebruikt om niet-invasief de microstructuur van witte stof te onderzoeken. DWI meet de willekeurige beweging van watermoleculen – een fenomeen dat voor het eerst volledig beschreven werd door Albert Einstein in 1905.
In hersenweefsel wordt de beweging van een watermolecuul meer of minder in een richting gestuurd afhankelijk van de locatie van het watermolecuul. Water in een zenuwvezel is beperkt in de beweging (het kan alleen parallel aan de vezel bewegen), terwijl water buiten de vezels vrij kan bewegen in alle richtingen (zie de illustratie hieronder). Als zenuwvezels meer georganiseerd zijn (dat wil zeggen dat meerdere vezels in dezelfde richting bij elkaar liggen), zullen de watermoleculen meer in dezelfde richting bewegen. Dikkere vezels en/of vezels met een myelinelaagje zorgen ook voor meer gerichte waterbeweging. Over het algemeen is de richting van de vezels parallel aan de richting waarin het water het snelst beweegt.
DWI heeft veel toepassingen
Van het achterhalen van de effecten van neurologische aandoeningen tot het bijhouden van neurologische ontwikkelingsstoornissen, het non-invasief in kaart brengen van de verbindingen in het brein heeft erg veel toepassingen. Om maar iets te noemen, hersenonderzoekers hebben DWI-data van honderden mensen geanalyseerd om te zien hoe de microstructuur van witte stof gerelateerd is aan symptomen van mensen met en zonder attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). Zij zagen dat, vergeleken met mensen met minder ADHD-symptomen, mensen met meer symptomen minder microstructuur hadden in een vezelweg die belangrijk is voor rust, het afdwalen van gedachten, en emotionele reactiviteit. Wie had kunnen denken dat water en de manier waarop het beweegt zo nuttig konden zijn!
Credits
Auteur: Christienne Damatac
Buddy: Felix Klaassen
Redactie: Ellen Lommerse
Nederlandse vertaling: Wessel Hieselaar
Redactie vertaling: Marlijn ter Bekke
