Onderzoekers van KU Leuven en UZ Leuven hebben rechtstreeks bij de mens kunnen registreren hoe hersencellen reageren op visuele stimuli, iets dat tot voor kort alleen bij proefdieren mogelijk was. Zo konden ze vaststellen dat de onderzochte hersengebieden sterker reageren op beelden van lichamen dan op beelden van andere objecten.

Over het algemeen hebben wetenschappers weinig mogelijkheden om de menselijke hersenen rechtstreeks te bestuderen. Beeldvorming, zoals EEG of een hersenscan, kan uiteraard wel, maar die biedt geen inzicht in de reacties van individuele hersencellen.

Een samenwerking tussen KU Leuven en UZ Leuven maakt het echter toch mogelijk om de hersenen rechtstreeks te onderzoeken. Het onderzoek wordt uitgevoerd bij epilepsiepatiënten waar medicatie geen soelaas biedt en die daardoor in aanmerking komen voor een hersenoperatie. Om de oorsprong van de aanvallen op te sporen, plaatsen neurochirurgen van UZ Leuven diepte-electrodes en kleine microelectrodes in de hersenen.

"Dat biedt ons een unieke mogelijkheid om gedurende twee weken specifieke hersenactiviteit -en eigenschappen te bestuderen", vertelt neurowetenschapper Peter Janssen (Laboratorium voor Neuro- en Psychofysiologie / KU Leuven Breininstituut). "In dit onderzoek lieten we de patiënten kijken naar verschillende types beelden, van mensenlichamen, dieren, gezichten en andere voorwerpen, en registreerden we de reacties van honderden individuele hersencellen."

Nauwkeurige mind-reading

Het onderzoek, gepubliceerd in PNAS, toont aan dat de hersencellen veel sterker reageren op beelden van lichamen dan op beelden van andere objecten. De reacties waren uitgesproken aanwezig bij menselijke lichamen en lichaamsdelen zoals handen en voeten. Dezelfde hersencellen bleken ook te reageren op abstracte stokfiguren.

Tom Theys (foto), epilepsiechirurg UZ Leuven en voorzitter van de focusgroep Brein-Computer Interfaces (LBI - KU Leuven Breininstituut): “De implantatie van diepte-elektroden gebeurde al langer, maar nu plaatsen we ook zeer fijne micro-electroden om hersenactiviteit te meten. Met AI-algoritmen kunnen we op basis van de elektrische reacties van cellen achterin het hoofd achterhalen wat een patiënt op een bepaald ogenblik gezien heeft, of dit een bepaald voorwerp, gezicht of lichaam betreft. Dergelijke nauwkeurige mind-reading lukt niet met klassieke elektroden. Op deze manier kunnen we normale hersenfuncties, maar ook epilepsie beter begrijpen.”

Kennis voor medische innovatie
"Het is belangrijk om op deze manier te kunnen bevestigen dat de eerdere aanwijzingen op basis van beeldvorming en proefdieronderzoek blijken te kloppen," zegt professor Janssen. "Daarenboven is betere kennis van de hersenen cruciaal om medische innovatie mogelijk te maken."

"Ik denk dan bijvoorbeeld aan brain-machine interfaces: technologie die de hersenen verbindt met een elektronisch apparaat of computer. Mensen die verlamd zijn als gevolg van een ruggenmergletsel kunnen zo met hun gedachten een computer ​ besturen. Ook visuele implantaten voor blinde mensen zijn hopelijk op termijn geen sciencefiction meer. Met name in de VS is er een grote dynamiek in dit onderzoeksveld, denk maar aan Neuralink van Elon Musk, maar ook in Leuven slagen we er dus in om belangrijke bijdragen te leveren."

> Meer informatie

• De studie 'Intracortical recordings reveal the neuronal selectivity for bodies and body parts in human visual cortex' door Garcia Ramirez et al. is gepubliceerd in PNAS.
• De studie ‘Neuronal tuning and population representations of shape and category in human visual cortex’ werd eerder dit jaar gepubliceerd in Nature Communications.