Hersenbeeld (fMRI) van de visuele cortex (afb: NeuroQuery)

Het lijkt er op dat wetenschapsters de verbindings-patronen in de hersenen tussen neuronen van geestelijke functies in de hele hersenen kunnen voorspellen. Elk gebied zou een unieke ‘verbin-dingsvingerafdruk’ hebben die ver-band houdt met zijn rol in onze geest, van taal tot geheugen. De sterkste verbindingen werden gevonden in denkvaardigheden op hoger niveau die jaren nodig hebben om zich te ontwikkelen.
Onderzoeksters denken te hebben ontdekt dat de bedrading van de hersenen het unieke doel van elk gebied kan onthullen, wat zou bevestigen dat connectiviteit de functie bepaalt. Deze ontdekking zou de manier waarop wetenschappers hersenaandoeningen bestuderen en diagnosticeren kunnen veranderen.

Eerdere studies hadden verbanden aangetoond tussen hersenverbindingen en bepaalde hersenfuncties, zoals perceptie of sociaal gedrag. Dit nieuwe onderzoek breidt dat inzicht echter uit naar de hele hersenen. Het zou een ‘vogelperspectief’ zijn van hoe structuur en functie samenhangen, aldus hoofdauteur Kelly Hiersche, promovendus psychologie aan de universiteit van Ohio.
“We vonden bewijs dat suggereert dat connectiviteit een fundamenteel organisatieprincipe is dat de hersenfunctie reguleert, wat implicaties heeft voor het begrip van wat er gebeurt als er iets misgaat in de hersenen.”
Mede-hoofdauteur David Osher, universitair docent psychologie aan de Ohio-universiteit, stelt dat deze vingerafdrukken wetenschappers in staat zouden kunnen stellen om de functie van een gebied te bepalen door de verbindingen ervan te onderzoeken. “Onze bevindingen helpen ons bijvoorbeeld het verbindingspatroon te begrijpen dat een taalgebied uniek maakt en wat het onderscheidt van aangrenzende hersengebieden.”

Connectoom

Om deze relaties te ontdekken, gebruikten de onderzoeksters gegevens van het Human Connectome Project, waaronder functionele-mri-hersenopnamen. Deze scans laten zien hoe hersengebieden met elkaar communiceren.
De onderzoeksters maakten ook gebruik van NeuroQuery, een webanalisator die hersenkaarten biedt voor verschillende cognitieve processen. Die voorspelt hersenactiviteitspatronen voor 33 verschillende mentale taken, waaronder spreken, besluitvorming, luisteren naar muziek en het herkennen van gezichten.
Door de gegevens van NeuroQuery te combineren met hun eigen connectiviteitsmodellen, creëerden de onderzoeksters informatische raamwerken die de bedrading van de hersenen koppelen aan hoe ze zouden kunnen functioneren.

De analyse liet een sterk en consistent verband zien tussen de bedrading van de hersenen en de activiteit ervan in alle hersengebieden en cognitieve domeinen. In essentie zou je het connectiviteitspatroon van een hersengebied kunnen voorspellen of het actief of inactief zou zijn tijdens een breed scala aan mentale activiteiten, van conversatie tot visuele herkenning en besluitvorming.
Osher: “Dit ondersteunt een breed gedragen hypothese onder neurowetenschappers, namelijk dat hersenconnectiviteit de hersenfunctie bepaalt, maar dit is tot nu toe niet expliciet aangetoond en niet over zo’n breed scala aan cognitieve domeinen.”
Hoewel alle hersengebieden deze nauwe relatie tussen connectiviteit en functie vertoonden, was het effect vooral uitgesproken in gebieden die verbonden zijn met processen op een hoger niveau, zoals geheugen en uitvoerende functies.

Hiersche: “Het ontwikkelen van deze vaardigheden op een hoger niveau duurt vele jaren bij mensen, veel langer dan sensorische of sociale vaardigheden. Het kan zijn dat, doordat je deze hersengebieden continu gebruikt voor hun ontwikkeling, dit resulteert in deze zeer nauwe band tussen connectiviteit en functie voor deze vaardigheden van een hogere orde.”

Gezonde hersenen (?)

Een belangrijke uitkomst van het onderzoek is dat dit perspectief op het hele brein een referentiemodel biedt voor hoe gezonde hersenen van jonge volwassenen doorgaans functioneren, aldus Hiersche. Onderzoekersters kunnen deze basis nu gebruiken om de hersenen van mensen met neurologische of psychiatrische aandoeningen te vergelijken en proberen te achterhalen hoe de verbindingen en functies daarvan verschillen, stellen Hiersche et al.

Bron: Science Daily