Het brein houdt voorgenomen doel voor ogen dankzij onderlinge communicatie hersendelen
Elke dag zijn we bezig onze voor ogen gestelde doelen te bereiken. Dit lijkt heel simpel, maar voor het brein is het een veeleisend proces. Neurowetenschapper Enny van Beest onderzocht hoe het brein het doel voor ogen houdt. Uit haar promotieonderzoek blijkt dat de hersenschors en de hersenkernen in dit proces samenwerken.
Inzicht in de werking van hersenkernen
Meer kennis over hoe het brein het doel voor ogen houdt is belangrijk om verschillende redenen. Ten eerste kunnen we met deze informatie betere modellen maken. Denk daarbij bijvoorbeeld aan kunstmatige intelligentie dat beter in staat is tot doelgericht gedrag. Ten tweede is deze kennis nuttig om ook beter te begrijpen waarom het mis gaat bij hersenaandoeningen. Van Beest stelt de hersenschors voor als orkest, met de hersenkernen als hun dirigent. Om een muziekstuk goed tot zijn recht te laten komen is het belangrijk dat hersengebieden onderling communiceren, en daarbij de instructies opvolgen van de hersenkernen (de dirigent). Bij een aandoening zoals Parkinson functioneert de hersenschors op zich nog goed, maar de werking van de hersenkernen is aangetast. Een veelgebruikte therapie is elektrische stimulatie van de zenuwbanen rond de hersenkernen, waardoor activiteit in de hersenschors gerekruteerd wordt en bewegingen en gedrag weer soepeler lopen.
Doelgericht gedrag bestaat uit verschillende stappen: waarnemen, beslissen en evalueren. Van Beest onderzocht deze verschillende stappen in een muismodel. Zij legde daarbij de focus op het meten van hersenactiviteit in de verschillende hersengebieden in de buitenste laag (de hersenschors), en de invloed van een groep hersenkernen in het midden van het brein (de basale ganglia) op deze activiteit, tijdens het uitvoeren van doelgericht gedrag.
Visueel doelgericht gedrag
Van Beest focuste op de verschillende aspecten van visueel doelgericht gedrag. Eerst toont ze aan dat het visuele systeem van de muis lijkt op dat van de mens. Muizen zien namelijk toch ook scherper recht voor zich dan in de periferie. Dit maakt de muis tot een goed model voor visueel onderzoek. Vervolgens bewijst ze dat om figuren te kunnen waarnemen, feedback nodig is van hersengebieden hogerop in de visuele hiërarchie naar lagere hersengebieden. Verder blijkt dat dat de groep hersenkernen de activiteit in de hersenschors kunnen beïnvloeden, en daarbij ook de beslissingen beïnvloeden die de muis maakt - zowel acuut als ook verder in de toekomst. Tot slot komt naar voren dat nog enkele seconden na een beslissing, activiteit te meten is in veel hersengebieden die de waarneming, de beslissing en/of de uitkomst reflecteert. Deze activiteit is waarschijnlijk belangrijk om gedrag te evalueren en optimaliseren.
Onderzoeksmethode
Van Beest onderzocht het brein van muizen waarbij hersencellen een fluorescerend eiwit bij zich droegen. Dit eiwit fluoresceert meer als de hersencel actiever is. Een deel van de muizen had ook nog een stimulerend eiwit in de hersenkernen. Dit stimulerende eiwit zorgde dat de hersencellen van de hersenkernen actiever werden als een specifiek type licht op dit eiwit scheen. Dankzij deze technieken kon Van Beest de activiteit in de hersenkernen controleren met activerende eiwitten en tegelijkertijd activiteit in de hersenschors meten, terwijl de muis doelgericht gedrag uitvoerde.
Meer informatie over het proefschrift