Onderzoekers hebben met behulp van ultrahoge-resolutiebeeldvorming, de zogenoemde 7 Tesla functionele MRI (fMRI), in kaart gebracht hoe verschillende hersengebieden samenwerken om de lichaamsprocessen te reguleren. Ze ontdekten een geïntegreerd netwerk dat zowel verantwoordelijk is voor het aansturen van lichamelijke functies (allostase) als voor het waarnemen van signalen vanuit het lichaam zelf (interoceptie).
De studie, gepubliceerd in Nature Neuroscience, is uitgevoerd door onderzoekers van Mass General Brigham. Hoofdauteur is Jiahe Zhang, Ph.D. (afdeling Psychiatrie), met Lisa Feldman Barrett, Ph.D., en Marta Bianciardi, Ph.D. (afdeling Radiologie) als co-senior auteurs.
Nieuw inzicht in de hersenfunctie
Eerder onderzoek bij dieren en mensen suggereerde al dat het brein beschikt over een verspreid netwerk dat helpt om energiebehoeften te voorspellen en het interne evenwicht te behouden. Deze processen, allostase en interoceptie, spelen een cruciale rol bij de afstemming tussen hersenen en lichaam.
Waar eerdere studies met een 3 Tesla MRI door beperkte resolutie kleine hersenstructuren in de hersenstam niet volledig konden vastleggen, maakt de 7 Tesla MRI het nu mogelijk om dieper en gedetailleerder te kijken. Dankzij deze technologie konden de onderzoekers precies zien hoe hersengebieden op elkaar zijn afgestemd en samen een functioneel netwerk vormen.
7 Tesla: meer detail, meer begrip
De scans werden uitgevoerd met de 7 Tesla MRI-scanner van het Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging (Mass General Hospital). De deelnemers werden gescand in rusttoestand, zodat de onderzoekers spontane hersenactiviteit konden meten die samenhangt met interne regulatieprocessen.
Het team gebruikte ook een geavanceerde hersenatlas, de Brainstem Navigator, die in kaart brengt welke hersenstamgebieden betrokken zijn bij de regulatie van autonome, immuun- en endocriene functies. Hiermee konden zij de verbindingen tussen hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor lichamelijke regulatie en interne waarneming nauwkeurig volgen.
Nauwe samenwerking tussen hersen- en lichaamsfuncties
De resultaten bevestigen niet alleen het eerdere 3 Tesla-onderzoek, maar diepen het ook verder uit. Vrijwel alle bekende verbindingen tussen hersengebieden die betrokken zijn bij regulatie en waarneming werden teruggevonden, inclusief tweerichtingsverkeer tussen bijvoorbeeld de anterieure cingulate cortex (lichaamsregulatie) en de posterieure insula (lichaamsbewustzijn).
Deze bevindingen onderstrepen dat het brein voortdurend voorspelt wat het lichaam nodig heeft en daar actief op anticipeert. Daarmee komt de wisselwerking tussen geestelijke en lichamelijke gezondheid steeds duidelijker naar voren.
Betekenis voor gezondheid en zorg
De inzichten sluiten aan bij groeiend bewijs dat verstoringen in de communicatie tussen hersenen en lichaam bijdragen aan zowel mentale als lichamelijke aandoeningen. Door deze netwerken beter te begrijpen, kunnen onderzoekers in de toekomst wellicht nieuwe aanknopingspunten vinden voor de behandeling van psychiatrische en neurologische ziekten.
Vervolgonderzoek richt zich op de rol van dit allostatische-interoceptieve systeem bij besluitvorming en cognitieve processen, en op verdere koppelingen tussen hersengebieden die betrokken zijn bij gezondheid en gedrag.
Ontwikkeling 14 Tesla MRI
In Nederland wprdt sinds vorig jaar gewerkt aan de ontwikkeling van een 14 tesla MRI. Die nieuwe generatie beeldvorming maakt het straks mogelijk om hersenstructuren tot in microscopisch detail zichtbaar te maken. Daarmee kan onderzoek naar onder meer dementie, Parkinson en hersentumoren sterk verbeteren.
Waar de bestaande 7 Tesla MRI al waardevolle inzichten biedt bij complexe aandoeningen zoals epilepsie, gaat de 14 Tesla nog verder: de scanner kan niet alleen weefsels, maar ook stofwisselings- en celprocessen in beeld brengen. Dat biedt nieuwe mogelijkheden om te begrijpen hoe ziekten ontstaan en zich ontwikkelen, en om in een vroeger stadium de juiste behandeling te bepalen.
De bouw van de scanner is een samenwerking tussen zeven Nederlandse kennisinstellingen: Radboud Universiteit, Radboudumc, Amsterdam UMC, LUMC, Universiteit Maastricht, UMC Utrecht en het Spinoza Centre (KNAW). Nederland heeft hiermee een unieke positie in het onderzoek met ultra-hoog-veld MRI-technologie.
