Neurowetenschappelijke onderzoekstechnieken

Hoe kunnen we leren over de functie van het zenuwstelsel? In feite zijn er verschillende manieren om de hersenen te verkennen. In dit artikel zullen we het hebben over de belangrijkste instrumenten op dit gebied van de neurowetenschappen.

Onderzoekstechnieken op het gebied van neurowetenschappen zijn uiterst belangrijk. Dit geldt vooral als je bedenkt wat er de komende jaren wordt verwacht voor deze specifieke wetenschap. In feite was het nog maar kortgeleden dat neuroimaging-technieken slechts een droom waren. Dit betekende dat bepaalde theorieën over het zenuwstelsel onmogelijk vast te stellen waren.

In 1988 beschreef de Spaanse arts Santiago Ramon y Cajal de morfologie van neuronen door middel van een complex systeem van kleuring. Sindsdien zijn er verschillende mijlpalen in de neurobiologie geweest. Bijvoorbeeld de ontdekking van het elektro-encefalogram (EEG) en de classificatie van de biologische ritmes van de hersenen.

Neurowetenschappelijke onderzoekstechnieken

Neurowetenschappelijke onderzoekstechnieken omvatten apparaten waarmee wetenschappers het zenuwstelsel kunnen bestuderen. Zogenaamde neuroimaging-technieken worden gebruikt voor zowel klinische als academische doeleinden. Met deze tools kan het zenuwstelsel op vier verschillende manieren worden benaderd:

• Functioneel. Beschrijft de functie van het zenuwstelsel. Het doet dit door het debiet of de mate van activering van verschillende zones.
• Structureel. Levert anatomische informatie over de hersenen of andere structuren van het zenuwstelsel.
• Elektrisch. Levert informatie over de elektrische activiteit van het zenuwstelsel.
• Stimulatie. Niet-invasieve stimulatie van de hersenen.

Technieken van structurele neuroimaging in neurowetenschappelijk onderzoek

Van de structurele technieken die gespecialiseerd zijn in het verstrekken van anatomische informatie, is radiografie de meest elementaire en meestgebruikte techniek. Deze techniek bestaat uit het uitzenden van röntgenstralen. Afhankelijk van de dichtheid van het weefsel wordt een ander beeld op de fotografische plaat geprojecteerd. Er zijn twee soorten röntgenfoto’s:

• Gemeenschappelijke radiografie. Dit gebruikt men alleen voor röntgenfoto’s. Bovendien gebruikt men het vaak om informatie te verkrijgen over de botten die het zenuwstelsel omringen. Bijvoorbeeld bij breuken.
• Contrastradiografie. Dit gebruikt men ook bij röntgenfoto’s, maar het gaat om het inbrengen van een katheter door de dijbeenslagader. Het hyperdense contrast maakt de detectie van vasculaire veranderingen mogelijk.

Geautomatiseerde axiale tomografie

Dit is de bekende scanner in de vorm van een buis. Het maakt gebruik van de emissie van röntgenstralen uit verschillende richtingen, waardoor een completer beeld ontstaat. Het is een snelle techniek met lage kosten die tumoren, aneurysma’s en bloedingen detecteert. Aan de andere kant is straling niet goed voor het lichaam. Bovendien is de definitie niet zo hoog als de andere technieken.

Magnetische resonantie

Deze onderzoekstechniek in de neurowetenschappen pikt beelden van het inwendige van het lichaam op met verhoogde resolutie en op een veilige manier. Men moet het echter met zorg uitvoeren, omdat het onverenigbaar is met alle soorten metalen implantaten in het lichaam.

Het is gebaseerd op het fenomeen nucleaire magnetische resonantie. In feite registreert de machine de radiofrequentiesignalen die worden uitgezonden door de waterstofatomen, die voorheen werden onderworpen aan een magnetisch veld.

Waterstofatomen zijn overvloedig aanwezig in het lichaam. Daarom is magnetische resonantie een techniek met een hoge resolutie. Bovendien zijn er geen schadelijke effecten en wordt er geen straling gebruikt. Aan de andere kant is het extreem duur.

Tractografie

Dit is een hulpmiddel dat magnetische resonantie gebruikt om de gebieden met witte stof te evalueren. Deze bestaan eigenlijk voornamelijk uit water en zijn verantwoordelijk voor het met hoge snelheid afleveren van zenuwinformatie.

We noemen ze gemyeliniseerde axonen. De techniek is in staat om de subcorticale structuur van de hersenen te evalueren, waardoor men neurodegeneratieve ziekten en epilepsie kan opsporen.

Technieken van functionele neuroimaging in neurowetenschappelijk onderzoek

Dit zijn de instrumenten van studies in de neurowetenschappen. Ze detecteren de veranderingen in levende hersenactiviteit. Experts hebben de neiging om deze methoden te gebruiken om cognitieve processen te evalueren in combinatie met het functioneren van hun anatomische correlaten.

Positronemissietomografie (PET)

Deze techniek is gebaseerd op het inbrengen van radioactieve stoffen in de bloedbaan. Cellen met een hoge metabolische activiteit nemen de stoffen op. In dit proces worden de isotopen die positronen uitzenden opgeheven wanneer ze zich combineren met elektronen, waardoor elektromagnetische energie wordt gegenereerd, die door het apparaat vervolgens opvangt.

PET is een veelgebruikte techniek om hersentumoren op te sporen, omdat deze doorgaans een hogere stofwisseling hebben. Op zijn beurt gebruikt men het ook om neurodegeneratieve ziekten op te sporen. In het geval van de ziekte van Alzheimer bijvoorbeeld, zorgt de degeneratie van cellen ervoor dat er minder stof wordt opgenomen. Het beeld zal dus verschillen van dat van een normaal brein.

Single-photon emissie computertomografie

Dit is een opnametechniek die vergelijkbaar is met de vorige. Het maakt echter gebruik van gammastraling, geproduceerd door een isotoop rechtstreeks vanuit het lichaam. Verder heeft het een receptor nodig, die vervolgens een beeld genereert. Het benadrukt in kleuren de verschillende gradaties van hersenactivatie.

Functionele magnetische resonantie

Dit is een MRI waarbij tegelijkertijd enige cognitieve activiteit wordt uitgevoerd. Het is gebaseerd op het feit dat de neuronen die betrokken zijn bij een mentaal proces meer energie en dus meer zuurstof uit het bloed nodig hebben.

Als we mentale taken uitvoeren, neemt onze consumptie van zuurstofrijk bloed (dat magnetische eigenschappen heeft) toe. Die activiteit registreert het apparaat. Ondanks de hoge kosten, maakt het de locatie van cognitieve functies in de hersenen mogelijk.

Elektrofysiologische technieken

Met deze neurowetenschappelijke onderzoekstechnieken kan men de elektrische activiteit van de hersenen registeren. Bijvoorbeeld:

• Elektro-encefalogram. Het meet de elektrische kracht van de hersenen. Daarnaast meet het ook het type golf en de frequentie waarin het functioneert.
• Elektromyogram. Het evalueert de elektrische activiteit van de spieren. Men gebruikt het voor de verkenning van de perifere zenuwen.
• Elektro-oculogram. Het meet de elektrische spierregistratie van de ogen en de slaapfasen.

Technieken van cerebrale stimulatie

Met deze technieken kan men door twee soorten stimuli de hersenactiviteit beïnvloeden:

• Magnetisch. Met transcraniële magnetische stimulatie wordt veilig een stroom in de hersenen geïnduceerd. Deze inductie wordt bereikt door een stroom die door een spoel gaat en een magnetisch veld opwekt.
• Elektrisch. Hierbij wordt een stroom met lage intensiteit gebruikt door middel van elektroden op de hoofdhuid. Als gevolg hiervan veroorzaakt de inductie veranderingen in de prikkelbaarheid van de neuronen van de cortex.

Deze vormen van stimulatie hebben de neiging om alleen de gebieden van de cortex te bereiken. In feite gebruikt men ze meestal om mentale processen te identificeren en om virtuele verwondingen te veroorzaken.

Hun toepassing om de prestaties te verbeteren of aandoeningen zoals fobieën te behandelen, wordt nog onderzocht. Bovendien mag men ze niet gebruiken voor mensen met epilepsie, implantaten of zwangere vrouwen.

Het belang van neurowetenschappelijke onderzoekstechnieken

De ziekten die het zenuwstelsel aantasten, kunnen ernstige gevolgen hebben. Het tijdig detecteren van een tumor of bloeding is daarom van het grootste belang om de overlevingskansen van de patiënt te vergroten. Tegelijkertijd is het opsporen van een neurodegeneratieve ziekte in de eerste fasen van cruciaal belang om de symptomen te vertragen.

Bovendien heeft de wetenschappelijke vooruitgang wetenschappers in staat gesteld zich te verdiepen in de hersenfunctie. Het is momenteel bijvoorbeeld mogelijk voor hen om de hersenen van een depressieve persoon te vergelijken met die van een normaal persoon, waardoor men functionele verschillen verkrijgt die verband houden met symptomen.

Op dezelfde manier kunnen ze hersengebieden en processen identificeren die overeenkomen met een bepaalde functie, zoals aandacht.