Een tomaat grijpen is ingewikkelder dan je denkt!

Het vastpakken van een pen, een bierglas of een overrijpe tomaat. Het lijkt allemaal heel vanzelfsprekend tot je een hersenbeschadiging oploopt. Neurowetenschapper Lennart Verhagen (29) ontdekte dat de interactie tussen verschillende hersendelen veel sneller werkt dan men voorheen dacht.

Hoe kwam je op het onderwerp van jouw proefschrift?
"Ik vind het opvallend dat enkele patiënten met een hersenbeschadiging sommige objecten niet meer kunnen herkennen. Daar tegenover staat dat ze deze voor hen onherkenbare objecten wel kunnen oppakken, hoewel ze ook niet kunnen aangeven hoe groot het object is. Dat komt doordat het aansturen van je hand in een ander gebied van de hersenen plaatsvindt dan het herkennen van een voorwerp. Ik wilde weten hoe deze delen van de hersenen bij gezonde mensen met elkaar samenwerken."

Waarom de tomaat?
"Ik had elk object kunnen nemen. Wanneer ik in een café sta en dit onderwerp uit wil leggen aan vrienden, laat ik het zien met bijvoorbeeld een bier- of wijnglas. Zo pak je een vol bierglas anders beet dan wanneer hij leeg is. De afbeelding van een tomaat komt neutraler over dan dat van een bierglas. Het zijn allemaal voorbeelden die voor ons heel normaal zijn, maar waar nooit onderzoek naar is gedaan."

Wat kwam er uit het onderzoek?
"Het oude idee is dat bewuste processen, zoals zien dat een tomaat overrijp is, pas heel laat de beweging beïnvloeden. Mijn onderzoek laat zien dat dit juist al eerder gebeurt. Wanneer je een tomaat grijpt, weet je al wat je met de tomaat moet doen. Het gaat dus niet van 'grijp dat object daar'  en vervolgens 'maar knijp niet te hard'. Het onderzoek toont juist aan dat deze informatie direct bij het begin al wordt geïntegreerd. Het gaat om twee stappen: de globale schets en daarna de nauwkeurige uitwerking. De globale schets is als het ware een raamwerk, die daarna verder uitgewerkt kan worden."

Hoe heb je het onderzoek aangepakt?
"Ik heb gebruik gemaakt van drie verschillende onderzoeken, fMRI, EEG en TMS, waarbij aan elk onderzoek tussen de 20 en 30 proefpersonen meededen. Eén van die onderzoeken was met behulp van fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging). Tijdens een fMRI onderzoek moet je heel stil in een buis liggen terwijl je hersenactiviteit wordt gefotografeerd, maar de proefpersonen moesten nu juist grijpen naar een rechthoekig blokje. Dat gaat niet samen. Ik ben één jaar bezig geweest om dit probleem op te lossen.  Veel ziekenhuizen maken gebruik van MRI. De f zoals hij hier staat bij fMRI staat voor functional. Bij een normale MRI wordt er een anatomisch plaatje gemaakt van het brein. Bij fMRI willen we weten wat er gebeurt en kijken daarvoor naar het zuurstofgehalte van het bloed in de hersenen. Wanneer een bepaald deel van de hersenen actief is, is daar ook meer zuurstofverbruik. Elke twee seconden maakten we één scan, terwijl de proefpersoon veertig minuten lang een rechthoekig blokje pakte. Het is alleen wel zo dat hersenen een stuk sneller werken dan die twee seconden. We weten heel precies waar de hersenactiviteit plaats vindt, maar eigenlijk niet zo goed wanneer."

Waarin vult EEG de fMRI-scans aan?
"Bij MRI kun je het hele brein heel nauwkeurig zien, maar het werkt net te langzaam. Twee seconden waren al lang. EEG (Electroencephalography) werkt eigenlijk omgekeerd. We meten de elektrische signalen, die worden veroorzaakt door hersenactiviteit, aan de buitenkant van het hoofd. Dat gaat per milliseconde. De nadelen van een EEG is dat we vaak niet goed weten waar de signalen precies vandaan komen, omdat de sensoren enkel op de huid zitten. Met de MRI zie je dus waar en met de EEG zie je wanneer er hersenactiviteit plaatsvindt."

Wat doet TMS dan tenslotte nog?
"TMS (transcraniële magnetische stimulatie) is heel wat anders. Daar ben je niet aan het meten, maar aan het beïnvloeden. We hebben een spoel waar we elektrische stroom door laten lopen. Dit veroorzaakt een magneetveld. Dit doet overigens geen pijn. Het magneetveld gaat door de schedel en heeft effect op de onderliggende gebieden. Een voorbeeld is dat iemand zijn hand ineens beweegt wanneer je een spoel boven het hoofd houdt en een puls geeft. Je stimuleert de hersenen. Als gebied Y heel belangrijk is voor taak X dan verstoor ik dit met TMS."

Is dat niet gevaarlijk voor de proefpersonen?
"De proefpersonen kunnen de taak voor heel even niet meer uitvoeren, maar daarna gewoon weer wel. Ze worden dan bijvoorbeeld net ietsje langzamer of net iets minder goed in het uitvoeren van die taak. De plek die verstoord is zorgt niet alleen voor veranderd gedrag, maar met behulp van EEG kijken we ook direct of de hersenactiviteit is veranderd."

Zijn bij alle drie de onderzoeken ook dezelfde proefpersonen gebruikt?
"Dat niet. Men is vaak geïnteresseerd in dezelfde mensen zodat twee technieken kunnen worden vergeleken. Ik was hier minder geïnteresseerd in. Ik wilde vooral weten hoe mensen het doen. Doordat we verschillende proefpersonen hadden, waren we in staat een conclusie te trekken over hoe mensen het in het algemeen doen."

Maar welke delen van de hersenen hebben er mee te maken?
"Ik schets nu met een hele brede kwast. Het beeld van een object, zoals een tomaat, wordt door de ogen doorgestuurd naar de achterkant van de hersenen. Vanaf daar wordt de informatie in twee losse stromen verwerkt. Je hebt dorsaal, dat is gemakkelijk gezegd bovenlangs in de hersenen en je hebt ventraal, onderlangs in de hersenen. Het belangrijke verschil hierin is dat de identiteit en kleur door het onderste hersengedeelte wordt verwerkt. Dan wordt de informatie ervan in twee losse stromen van elkaar verwerkt. De identiteit en kleur door het onderste hersengedeelte en de positie en de grootte van de tomaat door de bovenste. Het is niet alleen een belangrijk verschil in de onderdelen van de tomaat, maar het heeft ook nog verschillende doelen. Dat onderste gedeelte is heel belangrijk voor het herkennen van de tomaat en welke kleur hij heeft. Die bovenste stroom gebruik je vervolgens als je iets met de tomaat wilt doen. Zo wordt er een onderscheid gemaakt in bewuste en automatische. Ze zijn goed in precieze aansturing maar door hun vaste programma’s moet er steeds opnieuw uitgerekend worden hoe ze dingen moeten grijpen. Misschien moeten robots, net zoals mensen, eerst een grove schets opbouwen. Dan werkt dit wel. Door vuistregels te maken voor robots, kun je hen beter laten bewegen."

Kunnen we nu denken aan innovatieve veranderingen voor mensen met een hersenbeschadiging of misschien zelfs wel het programmeren van een robot?
"Hersenbeschadigingen zijn niet gemakkelijk en kunnen we helaas ook niet genezen. In het onderzoek heb ik een paar grappige dingen gedaan. Bijvoorbeeld naar een blokje kijken met één of twee ogen. Met twee ogen zie je de diepte anders, die wordt dan verwerkt in de bovenste stroom. Wanneer je met één oog naar het blokje kijkt, verplaatst dit echter naar het onderste deel. Met een hersenbeschadiging in de bovenste stroom, moeten we informatie over objecten via de gezonde stroom verwerken. Dit klinkt tegenstrijdig, maar zo kunnen we misschien iemand trainen door op een andere manier naar objecten te kijken. We zijn hierover nu aan het spreken met onder andere Neurologie. Robots kunnen ook geprogrammeerd worden. Ze zijn goed in precieze aansturing maar door hun vaste programma’s, zogenaamde raamwerken, moet er steeds opnieuw uitgerekend worden hoe ze dingen moeten grijpen. Wanneer we een grove schets voor de robots opbouwen, werkt dit wel. Door vuistregels te maken voor robots, kun je hen beter laten bewegen."