Waar versus wanneer?

In de vorige artikels heb ik het vaak gehad over hoe één of meerdere talen in het brein georganiseerd zijn. Met behulp van functionele scanners (fMRI = functionele Magnetic Resonance Imaging – foto links onder) kan men dit immers onderzoeken. Terwijl iemand een taaltaak uitvoert, bijv. benoemen van prenten of herhalen van woorden, toont een scan van je brein welke hersendelen op dat moment actief zijn (foto rechts onder). Dergelijke scanners leveren belangrijke spatiële/ruimtelijke informatie, met andere woorden waar er in de hersenen activiteit is. fMRI studies hebben aangetoond dat een complex en dynamisch netwerk van verschillende hersenregio’s en hersenbanen betrokken zijn bij taal (spreken, begrijpen, schrijven, lezen…).  Echter, niet enkel de locatie in de hersenen speelt een rol, maar ook de timing van de hersenen is essentieel. Zo kunnen bepaalde hersenregio’s actief zijn bij het verwerken van de stimulus, bijvoorbeeld een afbeelding, en andere hersenregio’s bij het reageren op de stimulus, bijvoorbeeld het benoemen van die afbeelding. fMRI geeft ons weinig tijdsgerelateerde informatie, electro-encefalografie (EEG) daarentegen kan tot op de milliseconde nauwkeurig aangeven wanneer er activiteit is in de hersenen.

EEG en de milliseconden van het brein

EEG is een soort hersenscan waarbij je de elektrische activiteit van de hersenen meet door middel van geleiders (ook wel “elektrodes”) op het hoofd. Deze hersengolven worden dan weergegeven op een scherm als een grafiek waarbij de verticale as de gemeten spanning voorstelt en de horizontale as de tijd in milliseconden (zie afbeelding).

Tijdens hevige concentratie, maar ook tijdens rust en slaap zijn er telkens bepaalde hersengolven aanwezig. EEG onderzoek waarbij men de gemeten hersengolven vergelijkt met de ‘te verwachte hersengolven’ wordt vaak gebruikt bij het vaststellen van verschillende ziektes. Tijdens een epileptische aanval bijvoorbeeld, heb je pieken in de hersengolven die er normaal niet zijn, maar ook een ruimte-innemend letsel in de hersenen zoals een tumor kan de ‘normale’ hersengolven beïnvloeden.

EEG wordt ook experimenteel toegepast binnen de cognitieve neurowetenschappen. Terwijl een EEG wordt afgenomen, wordt een proefpersoon herhaaldelijk blootgesteld aan bepaalde stimuli, zoals bijvoorbeeld een zin. Van de EEG-signalen die bij die stimuli horen, wordt dan het gemiddelde berekend (Event-related potentials = ERP’s). Zo kan men de reactie van het brein op verschillende types stimuli met elkaar vergelijken.

www.hopkinsmedicine.org

De ultieme combinatie

Een combinatie van spatiële (plaatsgebonden) en temporele (tijdsgebonden) informatie kan belangrijk zijn om bepaalde hersenaandoeningen zoals epilepsie en tumoren te diagnosticeren en te behandelen. Het helpt ons bovendien om de werking van het complexe brein verder te ontrafelen. Magneto-encefalografie (MEG) is een techniek die zowel temporele (wanneer) als spatiële (waar) informatie kan weergeven.

MEG

MEG maakt net zoals bij EEG gebruik van een soort elektroden maar deze bevinden zich in een kap in plaats van in een muts (zie foto). Deze elektroden meten de veranderingen in magnetische velden als gevolg van de elektrische activiteit van hersencellen. Bij MEG wordt het signaal minder sterk vervormd door de tussenliggende hersengebieden en de schedel dan bij EEG. Daardoor is het duidelijker waar het signaal vandaan komt bij MEG, al kan het niet tippen aan de lokalisatietechnieken van fMRI.

Gelukkig staan wetenschap en technologie niet stil. Men is er in geslaagd om fMRI en EEG samen af te nemen en de bijhorende struikelblokken grotendeels weg te werken. Het registreren van een EEG in een wisselend magnetisch veld als een MRI en het toepassen van MRI in combinatie met elektrische draden van een EEG is geen lachertje. Tegenwoordig kan EEG-fMRI co-registratie nu steeds meer worden ingezet voor verder onderzoek in het kader van bepaalde ziektes zoals epilepsie.

Je eigen 3D Glass Brain

Maar ook technologie fanaten, gamers en neurowetenschappers werken steeds nauwer samen om pareltjes zoals het ‘Glass Brain’ te ontwikkelen. Glass brain is een instrument dat de elektrische activiteit van je brein in real-time weergeeft.  Met behulp van MRI en EEG data wordt een 3D visualisatie van je brein gecreëerd waarin je kan navigeren met een game controller. Hieronder vind je de video van het Glass Brain project dat ontsproot uit een samenwerking tussen Neuroscape Lab (Universiteit California in San Francisco), Swartz Centre voor Computationele Neuroscience (Universiteit California in San Diego) en technologiebedrijven Cognionics en Nvidia.