Ultrasoon geluid kan je ogen naar links of rechts sturen

Nijmeegse neurowetenschappers zijn erin geslaagd om van buiten het brein proefpersonen aan te sturen om naar links of rechts te kijken. Dit deden ze met gerichte golven van ultrasoon geluid, dwars door de schedel heen.

Korte, uiterst precieze pulsen van ultrasoon geluid op de schedel kunnen bepalen of mensen naar links of naar rechts kijken. Dat hebben neurowetenschappers van het Donders Instituut van de Radboud Universiteit in Nijmegen vastgesteld. Deze subtiele manier van hersenstimulatie, waar geen operatie aan te pas komt, kan wetenschappers helpen om te achterhalen hoe het brein werkt.

Schedelspeakers

De onderzoekers plaatsten op de schedels van hun proefpersonen speakers die ultrageluid maakten – een manier van breinmanipulatie die eerder alleen bij apen succesvol is getest. Zo bevestigden ze dat ultrageluidprikkels ook menselijk keuzegedrag kunnen beïnvloeden: hoewel proefpersonen naar links wilden kijken, gaf het ultrageluid hun ogen soms nét een zetje naar rechts, en vice versa.

LEES OOK

'We moeten het wereldwijde web veranderen'

Toen computerwetenschapper Tim Berners-Lee het wereldwijde web uitvond, hoopte hij een utopische wereld te scheppen. Het liep anders, weten we dankzij ...

De onderzoekers vuurden de geluidspulsen af op de ‘frontale oogvelden’, twee plekken in het brein die oogbewegingen aansturen. Het veld in de linkerhersenhelft regelt oogbewegingen naar rechts en omgekeerd. Om goed op deze gebieden te kunnen mikken, moesten alle 35 deelnemers eerst een MRI-scanner in, zodat de wetenschappers precies konden bepalen waar deze oogvelden in hun hersenen zaten.

Voor het experiment kregen de deelnemers speakertjes op beide kanten op hun hoofd geplakt. Ze speelden vervolgens een computerspel, waarbij ze zo snel mogelijk naar in beeld springende doelwitten moesten kijken die rechts of links verschenen. Op het moment van de keuze stuurden de onderzoekers een geluidspuls van een halve seconde, voor de deelnemers onhoorbaar, naar het speakertje dat een oogbeweging naar de verkeerde kant zou opwekken. De gerichte ultrageluidprikkel verhoogde de kans op een foute oogbeweging met 26 procent.

Subtiel duwtje

Deze techniek kan helpen om de werking van het brein verder te onderzoeken. Neurowetenschappers willen bijvoorbeeld weten wanneer hersengebieden bijdragen aan bepaalde acties, en hoe ze samenwerken. Dat kunnen ze proberen af te lezen uit hersenscans, maar ze kunnen het veel nauwkeuriger bepalen door een enkel hersengebied te prikkelen.

Een breindeel beïnvloeden kan met hersenimplantaten, maar liever manipuleren wetenschappers door de schedel heen. Dat kan met elektrische pulsen en magneetvelden, en dus ook, zoals de Nijmeegse onderzoeker nu laten zien, met ultrageluid. De ultrageluidtechniek heeft bovendien als voordeel dat hij een subtiel duwtje geeft aan de lopende hersenactiviteit en geen nieuwe acties commandeert, zoals elektrische stoten dat vaak doen.

Op de milliseconde

De Nijmeegse onderzoekers kozen voor een techniek waarvan we weten dat de ultrasone geluidsgolven heel gericht kunnen mikken op een bepaalde plek in het brein, zegt neurochirurg Pieter Kubben van het Maastricht UMC, ‘om een kijkje te nemen hoe nauwkeurig de respons te meten valt in de tijd. En dat lijkt goed gelukt.’ In tegenstelling tot voorgaand onderzoek, mat deze studie namelijk op de milliseconde nauwkeurig de effecten van ultrasone stimulatie terwijl de proefpersonen een taak uitvoerden, in plaats van ervoor of erna.

De ultrasone pulsen wisten de frontale oogvelden netjes te vinden, zonder andere hersengebieden tot last te zijn. Opvallend was wel de variatie tussen proefpersonen. Mensen hebben verschillende basisniveaus van GABA (gamma-aminobutyric acid, of in het Nederlands gamma-aminoboterzuur), remmende stofjes die van nature de hersenactiviteit onderdrukken. Op deelnemers met een lager GABA-niveau hadden de ultrasone pulsen een sterker effect. Dat maakt de efficiëntie van de stimulatietechniek dus afhankelijk van de individu.

Het duweffect was bovendien het sterkst als de proefpersonen even twijfelden over hun kijkrichting. Toch was er ook effect te zien bij mensen snel hun beslissing maakten.

Onvoorziene omweggetjes

Maar zo snel als de sturing optreedt, is hij ook weer verdwenen. Dat maakt de techniek echt een onderzoekinstrument – ongeschikt voor klinische toepassingen om problemen in het brein van patiënten te behandelen, volgens Kubben. Hiervoor zijn continu vurende implantaten nodig voor een blijvend effect. Het behandelen van psychische of neurologische klachten met ultrageluidspeakers is dus verre toekomstmuziek.

‘Bovendien zal het óók bij onderzoek een uitdaging blijven om uit te sluiten dat het een een-op-een-effect betreft zonder omweggetjes’, zegt Kubben, waarmee hij doelt op onvoorziene bijdragen van buiten het betreffende hersengebied. Maar dat geldt voor andere breinstimulatietechnieken net zo goed. Zelf gebruikt Kubben diepe hersenstimulatie (deep brain stimulation of kortweg DBS) bij zijn patiënten, waarbij hersenimplantaten worden geplaatst. ‘Vraag een neurochirurg hoe DBS precies werkt en het gesprek is gelijk afgelopen. Niemand weet het en dat is natuurlijk het geval bij heel veel dingen die het brein uithaalt.’