De hersenen wisselen op een dynamische manier tussen verschillende netwerken die telkens maar 50 à 100 ms actief zijn. Die netwerken worden daarom ook de ‘elementaire deeltjes van ons denken’ genoemd. Deze dynamiek geeft ons nieuwe mogelijkheden om verschillende neuropsychiatrische ziektebeelden beter te begrijpen en op te volgen.
De hersenen bestaan uit miljarden neuronen. Ieder neuron ontvangt input signalen van de omgeving (bv licht/aanraking/geur/…) of van andere neuronen en zal – wanneer het voldoende input ontvangt – zelf een signaal sturen naar een volgende laag neuronen. Deze signalen zijn kleine elektrische stroompjes. Als in een kleine regio in de hersenen voldoende neuronen elektrische stroompjes genereren, kan dat opgemeten worden op de scalp. In 1924 werd dit voor het eerst gedaan bij ratten en apen door middel van een techniek die elektro-encefalografie (EEG) genoemd wordt.
Wanneer EEG opgemeten wordt bij mensen worden typisch 22-128 elektrodes op de schedel geplaatst en worden kleine verschillen in elektrische spanning opgemeten tussen de verschillende elektrodes. Het nadeel van EEG is echter dat de meting van de elektrische activiteit van een hersenzone opgepikt kan worden door verschillende elektrodes en het dus moeilijk wordt om te bepalen welke hersenzone welke activiteit heeft geproduceerd.
Hier biedt magnetoencefalografie (MEG) een oplossing: MEG meet de magnetische veldsterkte die de elektrische stroompjes genereren en die veel minder last ondervindt van de elektrische geleiding in de huid. Daarnaast zijn er ook meer sensoren (306) waar data opgemeten wordt. MEG laat toe om nauwkeuriger te bepalen waar de opgmeten signalen vandaan komen. Het nadeel van MEG is echter dat het (voorlopig nog) zeer duur in gebruik is.
Door middel van EEG en MEG kan je dus opmeten hoe de hersenen reageren in verschillende experimentele situaties: door de hersenactiviteit op te meten wanneer iemand een bepaalde taak uitvoert (bv. eenvoudige rekensommen), kan men dan zien welke hersenzones ‘actief’ worden om die berekening uit te voeren. Het voordeel van EEG en MEG is dat je per seconde honderden metingen kan doen en onderzoekers dus toegang krijgen tot de werking van de hersenen op een tijdschaal van een tiental milliseconden.
Ondanks verschillende papers van Hans Berger, die in 1924 het EEG uitgevonden had, geloofden de meeste onderzoekers tot begin de jaren 90 niet dat de hersenen iets deden als ze geen taak kregen: de hersenen waren ofwel in sluimerstand ofwel aan het werk. Experimenten begin de jaren 90, hebben echter aangetoond dat de hersenen slechts 5 % meer energie verbruiken wanneer zij een taak uitvoeren. Zelfs in rust verbruiken de hersenen dus veel energie aan interne communicatie en rusten dus niet.
Verdere (PET en fMRI) experimenten hebben aangetoond dat een specifieke set hersenregio’s (‘een hersennetwerk’) samen werden geactiveerd in rust en gedeactiveerd tijdens taken: het zogeheten default-mode netwerk. Dat netwerk bestaat uit de mediale pariëtale cortex, de mediale prefrontale cortex, de laterale pariëtale cortex en de laterale temporele cortex en wordt gezien als een belangrijk netwerk om activiteit in hersenzones te coördineren.
Aangezien fMRI en PET relatief trage technieken zijn (fMRI laat bv slechts toe iedere twee seconden een beeld te maken van de activiteit in de hersenen), wisten we echter niet hoe stabiel dat netwerk was: is het default-mode netwerk het énige netwerk dat actief is in rust of zijn er ook andere netwerken die geactiveerd worden?
Recent hebben onderzoekers van de Universiteit van Oxford een techniek ontwikkeld die toelaat om de hoge tijdsresolutie van EEG en MEG ten volle te benutten. Door gebruik te maken van een ingenieus model, zijn zij er in geslaagd om aan te tonen dat verschillende hersennetwerken kortstondig actief worden. Zo’n netwerken zijn dan typisch 50 à 100 ms actief en worden ook de ‘elementaire deeltjes van ons denken’ genoemd.
Eén van die netwerken is het sensori-motorisch netwerk: hier verwerken de hersenen de input van de tastzin en worden bewuste bewegingen gepland. Twee andere netwerken zijn subnetwerken van het ‘default-mode-netwerk’. Het éne bevindt zich frontaal, het andere pariëtaal. Dat laatste is een nieuwe bevinding die niet te detecteren is met andere methodes en toont het vermogen aan van de techniek om gebruik te maken van de uitstekende tijdsresolutie van EEG of MEG.
Door middel van hun geavanceerde methodes zijn de onderzoekers er dus in geslaagd om aan te tonen dat verschillende hersennetwerken afwisselend geactiveerd worden wanneer de hersenen rusten. Dit laat toe om de organisatie van hersenactiviteit op een nieuwe manier te onderzoeken: hoe frequent worden verschillende netwerken geactiveerd? Hoe stabiel is de activatie van verschillende netwerken? Door deze nieuwe beschrijving, hopen we om in verschillende neuropsychiatrische ziektebeelden beter te begrijpen wat er zich in de hersenen afspeelt.
