This post is also available in Engels.
Dit is het eerste artikel van de Donders Wonders zomerserie. Gedurende de zomer publiceren we vier artikelen (één artikel per twee weken) waarin we vanuit verschillende invalshoeken in de toekomst van het hersenonderzoek duiken; perfect om aan het zwembad te lezen.
Dankzij snelle ontwikkelingen in draadloze technologie, micro-elektromechanische systemen, cloud computing en signaalverwerking, heeft de neurotechnologie grote stappen gemaakt. Het heeft geleid tot draagbare apparaten die de hersenactiviteit draadloos kunnen monitoren zoals elektro-encefalografie (EEG) en functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS); rusttoestand fMRI en diffusie-tensor beeldvorming die hersenconnectiviteit kunnen meten; en VR- en AR-omgevingen die realistische omgevingen kunnen simuleren. Deze technologieën stellen onderzoekers in staat om de hersenen in hun natuurlijke omgevingen te bestuderen, los van de beperkingen van het laboratorium. Maar waarom is het eigenlijk zo belangrijk om de hersenen in hun natuurlijke omgeving te bestuderen?
Hersenen in de natuur versus hersenen in het lab.
In laboratoriumomgevingen worden dieren beperkt door draden en kleine kooien. Hersenactiviteit wordt bestudeerd tijdens eenvoudige taken (zoals het vinden van voedsel) met beperkte zintuiglijke, sociale en cognitieve prikkels. Deze gecontroleerde omgeving leidt tot een reductionistische benadering, waarbij de focus ligt op specifieke hersengebieden. Dergelijke studies zijn succesvol geweest in het ontcijferen van basale hersenfuncties; zo hebben ze bijvoorbeeld onthuld dat de hippocampus van een rat “plaatscellen” heeft die hun locatie op een 2D-kaart van de kooi coderen. Deze studies tonen aan dat een van de primaire rollen van de hippocampus ruimtelijke navigatie is.
In de natuur of in meer natuurlijke omgevingen kunnen dieren zonder beperkingen rond bewegen. Hun hersenen worden blootgesteld aan een verscheidenheid aan zintuiglijke prikkels en sociale interacties. Experimenten in dergelijke omgevingen zijn bedoeld om de hersenen en het gedrag van dieren te bestuderen terwijl ze hun dagelijkse leven leiden, zonder zich te focussen op een specifieke taak. Recente onderzoeken waarin vleermuizen in hun natuurlijke omgeving werden bestudeerd, toonden aan dat de plaats-cellen in hun hippocampus ook de locaties van andere vleermuizen volgen op een veel grotere 3D-kaart, die zich over enkele kilometers uitstrekt. Voor deze studies werden kleine draadloze neurale logging-apparaten gebruikt, uitgerust met diverse.
De praktische toepassing.
De neurowetenschap streeft er al lang naar om individuele verschillen in hersenstructuur en -functies te begrijpen. Zulke kennis kan inzicht bieden in processen van bijvoorbeeld cognitieve veroudering en de behandeling van neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer, die zich in de hersenen bij ieder mens anders ontwikkeld. Centraal in dit veld staat het onderzoek naar de voortdurende interacties tussen genen en omgeving, en hoe deze de hersenontwikkeling van een dier gedurende zijn hele leven beïnvloeden. De hippocampus, waar neuronen zelfs in de volwassenheid nog volop worden geproduceerd, illustreert deze interactie: unieke ervaringen – die voor ieder individu anders zijn – vormen namelijk de basis van de ontwikkeling van de hippocampus.
Laboratoriumexperimenten zijn doorgaans kort en maken het onmogelijk om interacties tussen dier en omgeving langdurig te bestuderen. Natuurlijke omgevingen maken het daarentegen – met de juiste technologie – mogelijk om de hersen- en gedragsontwikkeling van dieren gedurende hun gehele levensduur te onderzoeken. Onderzoekers van het Dutch Brain Interface Initiative zijn van plan een natuurlijk gedragslaboratorium op te zetten waarin de hersenen van ratten in hun natuurlijke omgeving kunnen worden bestudeerd.
Conclusie.
Neurowetenschappelijke experimenten in het lab hebben tot belangrijke doorbraken geleid. Echter, door deze experimenten alleen in gecontroleerde opstellingen uit te voeren, wordt onze capaciteit beperkt om de hersenen te begrijpen terwijl ze hun natuurlijke, geëvolueerde functies vervullen. Theorieën uit naturalistische studies zijn relevanter voor ons, aangezien we leven in een multimodale omgeving vol met sociale interacties. Dergelijk onderzoek wordt momenteel geïntroduceerd bij dierlijke proefpersonen zoals ratten, vleermuizen en apen. Het toepassen van dit soort onderzoek op mensen is nog een uitdaging. Er moet dan zorgvuldig worden omgegaan met privacybescherming en het waarborgen van ethische normen.
Auteur: Siddharth Chaturvedi
Buddy: Elena Markantonakis
Redactie: Francesca Alba
Vertaling: Eline de Boer
Redactie vertaling:Lucas Geelen
