Akademie Nieuws november 2010
3 door Marian Tjaden
Van start gegaan: het Spinoza Centrum voor Neuro Imaging
‘De handboeken over hersenstructuur zullen herschreven moeten worden’ Een rolstoel aansturen met je gedachten, of in het hoofd kijken van psychopaten: het is geen science fiction meer. Maar hersenonderzoek is duur. Voor een klein land als Nederland is het zinloos als topinstituten elkaar voortdurend beconcurreren en allemaal jagen op dezelfde apparatuur. Daarom gaan Amsterdamse hersenonderzoekers samenwerken in het nieuwe Spinoza Centrum. De eerste fMRI-scanner is al in gebruik genomen. ‘Wat we daar allemaal mee gaan ontdekken? Geen idee, dat is juist het spannende,’ zegt Theo Mulder, directeur Onderzoek van de KNAW en initiatiefnemer van het Spinoza Centrum voor Neuro Imaging. ‘Er zal allerlei soorten onderzoek mee gedaan worden. Onderzoek naar beslissingsgedrag, herstel na hersenletsel, leermechanismen, aspecten van waarneming, maar ook meer cognitieve vraagstukken rond aandacht en geheugen, en onderzoek naar sociale eigenschappen als inlevingsvermogen en het geweten.’ Met een fMRI-scanner kun je veranderingen meten in het zuurstofgebruik van de hersenen. Als hersencellen actief worden, gebruiken ze meer zuurstof. Zo kun je zichtbaar maken welke gebieden actief zijn bij een bepaalde psychische activiteit. Dat levert de mooie driedimensionale plaatjes op met veel rode en groene vlekken, of juist vooral grijs met her en der een feloranje stipje. Die plaatjes zijn al heel gewoon geworden. Maar de eerste fMRI-experimenten werden pas gedaan begin jaren negentig. Sindsdien is het snel gegaan. Het aantal publicaties op Medline – de enorme database met gegevens uit zo’n vijfduizend medische tijdschriften van 1950 tot nu – was in 1991 nog op een hand te tellen, nu zijn het er meer dan vijfduizend per jaar.
Theo Mulder foto Steef Meyknecht
4
De aantrekkingskracht van fMRI is groot. ‘Wij zijn onze hersenen,’ zegt Mulder ‘Alles wat we doen, voelen en zijn komt uit die elektrochemische machine.’ En met
We kunnen het effect zien van de smaak van chocoladetaart fMRI-apparaten kunnen we dus eindelijk te weten komen wat er in onze hersenen gebeurt. We kunnen het effect zien van de smaak van chocoladetaart, de geur van pasgemaaid gras en het gevoel van zand tussen je tenen op het strand. Maar ook de frustratie als de laatste trein net wegrijdt, plotselinge hoogtevrees bovenaan de zwarte piste of het dubbele gevoel wat je krijgt van een hele foute grap die daarom juist zo leuk is. Het is dus begrijpelijk dat hersenonderzoekers zich zo massaal op de nieuwe techniek hebben gestort. De huidige fMRI-scanners zijn ondertussen ook vele malen sterker en betrouwbaarder dan die van twintig jaar geleden. De eerste fMRI van het Spinoza Centrum staat sinds enkele weken op de afdeling psychonomie van de UvA. Mulder: ‘Dat is een zogenaamde 3T-machine. De T staat voor Tesla, de maat voor de sterkte van het magnetische veld. Hoe sterker het magneetveld, des te groter het oplossend vermogen, dus hoe meer je kunt zien. Een 3T is nog een vrij gewone machine. Er zijn al redelijk wat ziekenhuizen die er een hebben. Maar het voordeel is dat die van ons echt bedoeld is voor fundamenteel onderzoek. In de meeste ziekenhuizen mogen onderzoekers er alleen ’s nachts of in het weekend op werken.’
duizend ton staal De volgende stap wordt de aanschaf van een 7T-machine, die komt over anderhalf jaar op het AMC-terrein te staan, en dat wordt echt heel spannend, zegt Mulder: ‘De 7T is het nieuwste. Er zijn er pas twee in Nederland, één bij het Universitair Medisch Centrum in Leiden en één in Utrecht. Uit de eerste onderzoeken in Leiden is al gebleken dat allerlei hersenstructuren veel gelaagder zijn dan we tot nu toe dachten. Iedereen is er van overtuigd dat de handboeken over de structuur van de hersenen voor een groot deel herschreven zullen moeten worden.’ Het mag ook wel iets nieuws opleveren, want de aanschafprijs van een 7T ligt rond de vijf à zes miljoen, en daar komen nog de jaarlijkse exploitatiekosten van acht
ton bovenop. Het vereist ook stevige voorzieningen voor het gebouw. De machine moet worden afgeschermd door duizend ton staal, anders zouden de auto’s bij het AMC van de snelweg worden getrokken door de sterkte van de magneet. Maar dan heb je dus ook wat.
lekker wel Die dure apparatuur kon worden aangeschaft dankzij een unieke samenwerking van alle instituten in Amsterdam die zich bezighouden met hersenonderzoek: de UvA, de VU, de twee daaraan verbonden academische ziekenhuizen en het Nederlands Instituut voor Neurowetenschappen (NIN-KNAW). Samen hebben zij het Spinoza Centrum voor Neuro Imaging opgericht.
Auto’s zouden door de sterke magneet van de snelweg worden getrokken Dat ging niet vanzelf, zegt Mulder. ‘Toen ik in 2006 bij de KNAW begon als directeur Onderzoek was mijn eerste opdracht om te zorgen dat het Nederlands Instituut voor Neurowetenschappen, ontstaan uit de fusie van het Herseninstituut en het Oogheelkundig Instituut, een nieuwe
Samenwerking superhersenscans Hersenonderzoekers in Leiden en Amsterdam werken sinds kort samen in hun zoektocht naar antwoorden op fundamentele vragen over het functioneren van onze hersenen. Dat gebeurt met de 7 Tesla MRI-scanners, die een zeer sterk magneetveld hebben en nieuwe ontwikkelingen in het hersenonderzoek mogelijk maken. Het Amsterdamse Spinoza Centrum verwacht over anderhalf jaar te kunnen beschikken over een 7 Teslascanner in het AMC. In Leiden staat er sinds 2007 zo’n scanner, bij het toen geopende C.J. Gorter Center for High-field MRI van het Leids Universitair Medisch Centrum (LUMC). Andrew Webb, directeur van het C.J. Gorter Center, benadrukt de snelle vooruitgang in beeldkwaliteit die een 7 Tesla MRI-scanner biedt: ‘Bij de installatie in 2007 was het nog onduidelijk hoe goed de beelden zouden worden, maar al snel bleek dat door de nieuwe scans onze manier van denken over de hersenen voorgoed gaat veranderen. Denk bijvoorbeeld aan de communicatie tussen de verschillende lagen grijze stof in de hersenen, die de basis vormt van onze informatieverwerking.’
Akademie Nieuws november 2010
5
impuls kreeg. Wij wilden daarom graag samenwerken met zowel de UvA als de VU.’ Samenwerking tussen universiteiten lijkt logisch, maar dat is het niet altijd. Zeker niet wanneer het om een onderzoeksgebied gaat waar beide universiteiten actief op zijn. ‘Geld investeren voor apparatuur die bij de andere universiteit geplaatst zou worden, vereist een strategische visie die niet ophoudt bij de grens van de eigen organisatie,’ zegt Mulder. ‘Onderzoekers kunnen onderling natuurlijk wel concurreren, over wie het vaakst in Nature staat, maar op bestuurlijk niveau werkt het niet. Voor een klein land als Nederland is het zinloos als topinstituten allemaal jagen op dezelfde apparatuur. Dan krijg je een sfeer van “ik heb het lekker wel, en jij lekker niet”. Terwijl je dat geld maar een keer kunt uitgeven. Topgroepen moeten samenwerken, anders kun je niet concurreren met het buitenland.’ Mulder ging met iedereen praten, en kreeg uiteindelijk alle Amsterdamse spelers bij elkaar. ‘In 2007 hebben
De 3T-fMRI-scanner in het Spinoza Centrum, foto Spinoza Centrum
we in de ambtswoning van Job Cohen een handtekening gezet voor een nieuw op te richten onderzoeksinstituut: het Spinoza Centrum voor Neuro Imaging. Alle partijen hebben zich verplicht daar voor een periode van twaalf jaar geld in te storten. Ook de gemeente heeft bijgedragen, want Life Sciences is een van de speerpunten van het gemeentebeleid van Amsterdam.’
Daar worden de grote vragen gesteld over goed en kwaad Het nieuwe centrum kwam echter nog behoorlijk wat geld tekort. Daarom werd een aanvraag ingediend voor Europees geld via Economische Zaken. Een voorwaarde was wel dat dan ook biotechbedrijven welkom zouden zijn bij het Spinoza Centrum. ‘Dat vond ik verstandig, het was dan ook geen gedwongen keuze. Zulke samenwerking moet juist worden gestimuleerd,’ vindt Mulder. De
6
aanvraag werd onlangs gehonoreerd met een subsidie van 7,6 miljoen euro en toen kon het Spinoza Centrum aan de slag. Enkele weken geleden werd het officieel geopend met de ingebruikneming van de eerste 3T-fMRI. Over anderhalf jaar komt daar dus nog een 7T-fMRI bij. Mulder: ‘Het mooie is dat Leiden ons straks gaat helpen om hem aan de praat te krijgen. Daar ben ik heel blij mee, want die 7T-fMRI is nog een heel experimentele machine. Als je hem aanzet, kun je er niet meteen goed onderzoek mee doen. Maar in Leiden hebben ze hem nu al een jaar, dus zij weten ondertussen hoe het werkt. Als die van ons er eenmaal staat, zullen we op het gebied van cognitieonderzoek nauw gaan samenwerken met het LUMC.’
Een van de onderzoekers die in ieder geval vaak gebruik zal maken van de fMRI’s van het Spinoza Centrum is Christian Keysers van het Nederlandse Instituut voor Neurowetenschappen (NIN). Hij is groepsleider van The Social Brain Lab. Daar worden de grote vragen gesteld over goed en kwaad, oftewel welke hersenstructuren verantwoordelijk zijn voor ons vermogen tot empathie,
We kunnen zelfs meevoelen met een mier die wordt doodgedrukt en waar ons geweten zit. Keysers: ‘Ik wil begrijpen wat er in de hersenen gebeurt als we ons verplaatsen in een ander. Mensen zijn daar heel goed in. Als je een vriend ziet huilen, voel je zelf ook verdriet. En als je ziet hoe een acteur in een film van een hoog gebouw valt, gaat je eigen hartslag omhoog van angst. We kunnen zelfs meevoelen met een vis die aan een haak spartelt, of een mier die wordt doodgedrukt.’
brekende vingers Een paar jaar geleden ontdekte Keysers dat bij mensen die zich inleven in de gevoelens van anderen, dezelfde hersengebieden actief zijn als wanneer ze zelf die emoties ervaren. Vervolgens wilde hij weten of er in dat opzicht verschil was tussen normale proefpersonen en mensen met een psychische stoornis. Hij werkte destijds in Groningen en onderzocht samen met de Van Mesdagkliniek een groep psychopaten. ‘We lieten hen een film zien waarin stuk voor stuk alle vingers van iemands hand werden gebroken. Hun hersenen reageerden daar nauwelijks op, terwijl dat bij de controlegroep een reusachtige reactie veroorzaakte.’ Keysers onderzocht ook een groep mensen met schizofrenie. Dankzij antipsychotische medicijnen hadden zij geen last van hallucinaties. Maar ook bij hen was hun inlevingsvermogen minder groot. ‘Hun hersenen reageerden veel minder sterk op allerlei sociale gebeurtenissen dan bij normale mensen.’
Christian Keysers foto NIN-KNAW
Akademie Nieuws november 2010
7
Een fMRI-experiment waarbij proefpersonen kijken naar films (links) van emoties (boven), sensaties (midden) en handelingen (onder). De hersenactiviteit bij mensen die zien wat anderen doen en voelen
(blauw), blijkt in de hersenen te overlappen (wit) met de hersenactiviteit wanneer ze zelf dergelijke handelingen verrichten en dergelijke sensaties en emoties voelen (rood). (copyright: Christian Keysers)
Keysers deed zijn onderzoek in Groningen op een 3TfMRI. Zodra de 7T-machine er is, wil hij zijn experimenten herhalen. Op dit moment is hij bezig een diermodel te ontwikkelen om het inlevingsvermogen van ratten te kunnen onderzoeken, want dat is er nog niet. ‘Uit gedragsonderzoek weten we dat ratten sociale dieren zijn, ze helpen elkaar bijvoorbeeld in nood. Het is ook bekend dat
Met een goed diermodel voor sociale stoornissen kunnen ze nieuwe medicijnen testen om te kijken of die het inlevingsvermogen kunnen beïnvloeden.
Ratten helpen elkaar in nood ratten soms kunnen ruiken dat een andere rat bang is. Wij onderzoeken nu of ratten ook kunnen zien of horen hoe een andere rat zich voelt. Onze eerste resultaten suggereren dat dat inderdaad het geval is.’ Farmaceutische bedrijven zitten te springen om zo’n model. De huidige medicijnen voor psychische stoornissen zijn gebaseerd op onderzoek met individuele ratten.
grote teen Keysers heeft al wat experimenten gedaan met de nieuwe 3T-fMRI op de locatie in van de UvA in Amsterdam. Hij is enthousiast over de sfeer. ‘Je komt vanzelf allerlei mensen tegen die met hetzelfde soort onderzoek bezig zijn, zodat je tips kunt uitwisselen over de beste manier om dat apparaat te gebruiken.’ Ander onderzoek wat op dit moment erg in de belangstelling staat is het vanuit je gedachten activeren van hersengebieden die te maken hebben met beweging. ‘Dat is nu echt hot,’ vertelt Mulder. Hij heeft dat zelf ook gedaan, toen hij nog werkte als hoogleraar bewegingswetenschappen aan de Universiteit van Groningen. ‘Ik heb onderzocht of je een beweging ook kunt oefenen
8
door er alleen maar aan te denken. Dat ging om het onafhankelijk naar buiten bewegen van je grote teen, terwijl je de rest van je tenen stil houdt. Dertig procent van de mensen kan dat heel goed en zeventig procent niet, maar je kunt het wel leren. Ik had een groep die dat een half uur echt oefende, en een groep die er alleen maar aan moest denken dat die grote teen naar buiten gaat. Ze konden het na afloop even goed, en ze waren duidelijk beter geworden dan de controlegroep die in die tijd de krant zat te lezen.’
gedachten Vooral in Amerika wordt er op dat gebied nu veel onderzoek naar gedaan, dat voor een groot deel door het ministerie van Defensie wordt gefinancierd. ‘Daar gaat onwaarschijnlijk veel geld naar toe. Want de volgende vraag is: als ik aan bepaalde handelingen denk, kan ik dan op afstand een robot besturen via mijn gedachten? Kan die dan mijn handelingen uitvoeren? Dat is geen science fiction meer. Ik heb vorig jaar een rolstoel gezien die door de persoon die erin zat werd bestuurd met zijn gedachten. Dus links, rechts, remmen et cetera, dat kon allemaal, een beetje houterig, maar toch. Dat soort onderzoek past ook prima bij het Spinoza Centrum.’ In het Spinoza Centrum gaat het primair om hersenonderzoek, maar een fMRI is natuurlijk een total body machine, zegt Mulder. Hij kan ook gewoon per uur verhuurd worden voor diagnostisch onderzoek. Of voor een terrein in opkomst: neuro-economisch onderzoek. Mulder: ‘Neuro-economie is natuurlijk vooral een mooie marketingterm. Het is geen onzin hoor, maar wel een
Plaatjes maken omwille van de plaatjes is niet zo zinnig beetje vaag. Al ons gedrag komt uit onze hersenen. Dus ook allerlei beslissingen om wel of geen product te kopen.’ Gewone gedragsexperimenten hebben al laten zien dat het keuzegedrag van mensen minder rationeel is dan economen vaak denken. En keuzegedrag speelt een belangrijke rol in de economie. Dat is bijvoorbeeld interessant voor marketingonderzoekers. Want in principe kun je met zo’n fMRI ook kijken wat er in de hersenen gebeurt wanneer mensen keuzes voor producten maken. Er hebben zich ook al een aantal bedrijven gemeld met vragen, vertelt
Mulder. ‘Maar je moet natuurlijk wel oppassen’, waarschuwt hij. ‘In Berkeley hing een heel groot bord met de tekst: ‘If scanning is always the answer, then what the hell is the question?’ Dat is me altijd bijgebleven. Plaatjes maken omwille van de plaatjes is niet zo zinnig. Je hebt eerst een theorie met testbare hypothesen nodig. Wat zeggen die plaatjes over de werkelijkheid?’
knijpen ‘Dat is een principiële vraag. Als je bij een grote groep mensen iets ziet gebeuren in hetzelfde gebiedje, dan is daar wat mee. Maar de Russische neuropsycholoog Alexander Luria zei in de jaren veertig van de vorige eeuw al: als mensen slapen en ik knijp ze in hun grote teen, dan worden ze allemaal wakker. Maar het is niet juist om daaruit te concluderen dat het ‘slaapwaaksysteem’ in de grote teen zit.’ ‘Dus zomaar wat meten zonder neurowetenschappelijke theorie is zinloos. Vorig jaar beweerde iemand bijvoorbeeld op tv dat je in plaats van sollicitatiegesprekken te voeren beter fMRI-scans kon laten maken. Want dan kon je precies zien wat voor vlees je in de kuip had. Dat is natuurlijke klinkklare onzin.’
