Het brein klopt. Deze pulsatie, voornamelijk veroorzaakt door de hartslag, kan dankzij een nieuwe techniek nu in kaart worden gebracht met een MRI-scanner. Onderzoeker Jacob-Jan Sloots van het UMC Utrecht vertelt wat we allemaal kunnen leren van het kloppen van het brein.
Waardoor pulseren de hersenen?
‘De kloppende beweging van het brein wordt vooral veroorzaakt door de hartslag. Bij elke hartslag wordt er bloed naar het hoofd gepompt. Daardoor zwellen alle bloedvaatjes in het brein een beetje op, wat het omliggende hersenweefsel verplaatst en vervormt op het ritme van de hartslag. Bij pasgeboren baby’s kun je dit kloppen van het brein zien omdat ze een fontanel hebben: een opening in de schedel waardoor je de huid kunt zien bewegen. Wij kunnen nu met een MRI-scanner bij iedereen zien dat het brein klopt, zonder dat er een opening in de schedel nodig is.
Dat het brein pulseert is al langer bekend, maar er is weinig onderzoek naar gedaan. Bij ander MRI-onderzoek naar hersenactiviteit wordt het kloppen uit de metingen gefilterd omdat het ongewenste ruis is.’
Waarom willen jullie het kloppende brein juist wel in kaart brengen?
‘We denken dat we met deze metingen de hersenen beter kunnen begrijpen en ziekteprocessen die er optreden beter kunnen bestuderen. Het kloppen is misschien belangrijk voor het functioneren en gezond houden van het brein, bijvoorbeeld doordat de pulsen het hersenvocht – dat afvalstoffen afvoert – in de goede richting stuwen. Of het zorgt ervoor dat de afvalstoffen sneller mengen met het hersenvocht en sneller worden afgevoerd. Dat kun je vergelijken met een theezakje dat je in heet water doopt. Als je het zakje beweegt, mengt de thee sneller met het water dan wanneer je het stil laat hangen.
We hopen daarnaast dat de vervormingen van het hersenweefsel door de hartslag, die meetbaar zijn met de nieuwe MRI-techniek, een indirect kijkje kunnen geven in de kleine bloedvaatjes in het hersenweefsel. Die vaatjes spelen waarschijnlijk een rol in ziektes zoals vasculaire dementie of alzheimer, maar zijn te klein om rechtstreeks waar te nemen.’
Hoe meten jullie breinpulsaties met een MRI-scanner?
‘Een MRI-scanner kan beelden maken op basis van signalen van waterstofatomen. Je lichaam bestaat grotendeels uit watermoleculen, die opgebouwd zijn uit twee waterstofatomen (en een zuurstofatoom). De software van de MRI-scanner zet de signalen van waterstofatomen om in afbeeldingen van het weefsel. Voor onze meting moeten MRI-scanners ook de verplaatsing van waterstofatomen kunnen zien. Dan kunnen ze de verplaatsing van hersenweefsel meten en vastleggen hoe het brein pulseert.
In principe zijn MRI-scanners in staat om het kloppen van het brein te meten. Maar de meeste zijn niet geprogrammeerd om de kleine pulsaties op te vangen. Daarom hebben wij nieuwe software ontwikkeld waardoor een gevoelige MRI-scanner zijn functies op een specifieke manier uitvoert waardoor dit wel gemeten kan worden.’
Wat hopen jullie met deze nieuwe MRI-software te meten?
‘In tests met proefpersonen hebben we aangetoond dat we veranderingen in de vervorming van het hersenweefsel kunnen meten. Zo zagen we dat het hersenweefsel tijdens de hartslag vooral naar binnen wordt gedrukt. Hierbij vervormt het als een uitgerekt elastiek: het zet uit in één richting en krimpt in de richting daar haaks op. Dat is een bekend natuurkundig verschijnsel dat in veel materialen optreedt, maar het was nog niet op deze manier zichtbaar gemaakt dat hersenweefsel zich ook zo gedraagt.
Een van mijn promotiebegeleiders, Jaco Zwanenburg van het UMC Utrecht, heeft een Vici-beurs van 1,5 miljoen euro ontvangen om de MRI-techniek verder te ontwikkelen. In de toekomst hopen we ermee eigenschappen van hersenweefsel zoals stijfheid en mogelijk ook de verplaatsing van hersenvocht te onderzoeken. Zo willen we meer inzicht krijgen in het brein en in hersenziektes zoals alzheimer.’
