Als de balken op het scherm verschenen, was de muisjes geleerd, komt er water (blauw) uit de kraan. Groen zijn de neuronen die actief zijn bij dat proces. Zelfs als twee neuronen uit die verzameling (rood) werden gestimuleerd vertoonden de muisjes likgedrag (afb: Yuste-lab)
Voor het eerst zouden onderzoekers van de Amerikaanse Columbiauniversiteit het visuele gedrag van muisjes hebben gestuurd door zogeheten neurale verzamelingen in de visuele cortex te stimuleren. De onderzoekers zijn heel opgetogen, maar mij komt het voor als een recept voor hersenspoelen.
De onderzoekers toonden met hun experimenten met muisjes aan dat die zogeheten neurale verzamelingen invloed uit kunnen oefenen op het gedrag (in ieder geval van muisjes). Met behulp van optische en analysehulpmiddelen bepaalden de onderzoekers de neurale verzamelingen als een muisje een bepaalde visuele taak uitvoerde. Ze gebruikten ook een optogenetische methode om hersencellen celprecies te stimuleren, waardoor ze de gedrag van het desbetreffende muisje konden beïnvloeden. Als de neuronen werden geactiveerd die de muisjes bij die visuele actie gebruiken, dan werd het resultaat beter, schrijven de onderzoekers, als ze andere hersencellen activeerden die niet met die actie te maken hadden dan werd het resultaat slechter.
In Amerikaanse teksten zijn onderzoekers dan altijd opgewonden (‘excited’). “Met die verzamelingen kunnen we piano spelen en het gedrag van de dieren veranderen”, zegt ‘opperhersenspoeler’ Rafael Yuste blij. “De gegevens maken aannemelijk dat die neurale verzamelingen interne representaties zijn van een visuele stimulus.”
De onderzoekers denken dat dit resultaat medische relevantie heeft. Het bepalen van neurale verzamelingen die psychologisch van belang zijn zou gebruikt kunnen worden voor het herorganiseren van activiteitspatronen en om foute neurale netwerken in de hersens te herprogrammeren, denken de onderzoekers. In mijn idee komt dat aardig in de buurt van hersenspoelen al zullen de onderzoekers natuurlijk volhouden dat het hun gaat om het repareren van geestelijke en neurologische aandoeningen zoals Alzheimer, Parkinson en schizofrenie. “We zijn nog ver verwijderd van het toepassen van deze methode om patiënten te behandelen”, zegt hoofdonderzoeker Luis Carillo-Reid, “maar dit is een eerste aanzet tot het zeer nauwkeurig herprogrammeren van de hersens.”
De onderzoekers gebruikten twee onderzoekmethodes die in het lab van Yuste zijn ontwikkeld: tweefotoncalciumbeeldtechniek en de twee fotonoptogenetica, die zijn ontwikkeld om neuronactiviteit te registreren en te stimuleren. Met de calciumbeeldtechniek is waar te nemen welke hersencellen vuren. Met optogenetica zijn hersencellen te activeren. Door gebruik te maken van tweefotonlasers is het mogelijk heel specifiek een cel in beeld te brengen of te stimuleren van muisjes die in een tredmolen lopen.
Virussen
De muisjes kregen een virus ingespoten. Daardoor konden de onderzoekers de hersencelactiviteit waarnemen (staat er in het perbericht). De activiteit van een hersencel werd gestuurd door licht. Vervolgens werden de muisjes aangesloten (hoe?) op een tweefotonmicroscoop terwijl ze zinloos voortstapten in hun tredmolentjes.
Vervolgens werd de muisjes geleerd op een visuele stimulus te reageren. Als er verticale balken op een scherm verscheen, dan kwam er water uit een kraantje. Eerst bepaalden de onderzoekers welke neuronen actief waren als het muisje die bewegende balken zag en vervolgens werden die hersencellen gestimuleerd met een tweefotonlaser.
Door die neuronen te stimuleren reageerden de muisjes beter op de bewegende balken, maar ook zonder die balk gingen die muisjes likken. De onderzoekers kregen het voor elkaar de muisjes te laten likken als ze maar twee hersencellen stimuleerden (zolang ze maar tot de verzameling behoorden).
Al jaren wordt elektrische hersenstimulering gebruikt om symptomen te onderdrukken bij bewegingsziektes als Parkinson, maar recenter wordt die methode ook gebruikt bij het onderdrukken van depressies e.d. Daarmee stimuleer je een groot aantal hersencellen en ook nog op een tamelijk ordeloze manier. Met deze optische technieken zou dat heel precies kunnen gebeuren, melden de onderzoekers wervend. Wellicht dat deze techniek geschikter is dan de elektrostimulering, oppert Carillo-Reid.
“Daarnaast zou deze techniek ons ook meer kunnen leren over wat perceptie is”, zult Yuste aan. “Dat zou een belangrijke stap vooruit zijn voor ons begrip hoe onze geest werkt.”
Naast dat ik bedenkingen heb over wat je met deze techniek tweeg kunt brengen (hersens reprogrammeren), vraag ik me ook af hoe je licht in de hersens kan laten schijnen. Moet je daarvoor niet ten minste de hersenpan lichten en dan hoe diep dringt licht in de hersens door?
Bron:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/dsia-crc070319.php