Stel je het brein voor als een muziekinstrument, bijvoorbeeld een bel. Het geluid ervan wordt niet alleen bepaald door hoe het wordt aangeslagen, maar ook door zijn vorm. Deze metafoor vat de kern samen van een nieuwe studie die laat zien dat de geometrie van het brein—de plooien en kronkels van de hersenschors—een grotere rol speelt in de hersenactiviteit dan de neurale verbindingen die tot nu toe als het belangrijkste werden gezien.
Jarenlang hebben neurowetenschappers gewerkt aan het in kaart brengen van het connectoom: een “snelwegensysteem” van neurale verbindingen tussen verschillende hersengebieden. Ondanks dat dit nog steeds belangrijk is, suggereert deze nieuwe studie dat het connectoom niet de grootste drijfveer is achter hersenactiviteit. In plaats daarvan dient de vorm van het brein als een resonant kader dat bepaalt hoe signalen zich verspreiden, vergelijkbaar met hoe de vorm van een viool zijn klank beïnvloedt.
Het experiment
Om dit mysterie te ontrafelen, analyseerden wetenschappers meer dan 10.000 hersenactiviteitspatronen met behulp van geavanceerde beeldtechnieken en wiskundige modellen geïnspireerd door de natuurkunde. Ze berekenden “geometrische modes”: patronen van hersenactiviteit die worden beïnvloed door de fysieke structuur van het brein. Deze modes laten zien hoe neurale signalen zich over het oppervlak van het brein verplaatsen in grote, golfachtige bewegingen.
De onderzoekers ontdekten dat deze geometrische modes hersenactiviteit beter kunnen verklaren dan traditionele modellen die alleen naar verbindingen kijken. Dit geldt zowel voor spontane activiteit, zoals dagdromen, als voor taakgerichte activiteit.
Voila
Hersenactiviteit vindt niet plaats in afzonderlijke gebieden, maar verspreidt zich in grootschalige patronen, zoals golven die zich over het brein uitstrekken. Deze activiteitsgolven bewegen over het gekromde oppervlak van het brein en verbinden op natuurlijke wijze verschillende gebieden, zonder afhankelijk te zijn van ingewikkelde neurale verbindingen. Verrassend genoeg is dit golfachtige gedrag niet beperkt tot de buitenste plooien van het brein; ook diepere structuren, zoals de thalamus en hippocampus, tonen aan dat hun activiteit beter wordt verklaard door geometrie dan door connectiviteit.
Waarom dit belangrijk is
Dit onderzoek daagt de klassieke visie op hersenfunctie uit, die voornamelijk gericht was op gebiedsspecifieke activiteit gekoppeld door neurale paden. In plaats daarvan schetst het een nieuw beeld van het brein als een fysiek continu, dynamisch systeem dat wordt gevormd door zijn eigen structuur.
Deze inzichten zouden de studie van hersenaandoeningen kunnen revolutioneren, omdat verstoringen in de geometrie mogelijk ten grondslag liggen aan aandoeningen zoals epilepsie of dementie. Bovendien benadrukken de bevindingen hoe individuele verschillen in de vorm van het brein persoonlijkheid of cognitieve vermogens kunnen beïnvloeden.
De conclusie
Je brein is niet slechts een wirwar van draden, het is een prachtig gevormd orgaan waarin geometrie de boventoon voert. Door verder te kijken dan verbindingen, richten wetenschappers zich op de structuur van het brein, wat een dieper begrip biedt van hoe we denken, voelen en de wereld ervaren.
Author: Vivek
Buddy: Elena
Editing: Amir
Translation and editing: Hilde
