Kronkels

De driedimensionale atlas van het brein, nodig voor het interpreteren van hersenscans, houdt geen rekening met de grote variëteit van individuele hersenen. Voor de theorievorming over hersennetwerken kan dit problemen opleveren.

HET KAN MAAR beter aan het begin van de rit duidelijk zijn, vindt Harry Uylings van het Nederlands Instituut voor Hersenonderzoek en de afdeling Anatomie van het VU medisch centrum (VUmc) in Amsterdam. Voordat de ene onwaarheid zich op de andere stapelt en er moeilijk te ontkrachten theorieën zijn gevormd. Er zijn grote anatomische verschillen tussen individuele hersenen. En de atlas die onderzoekers gebruiken om de actieve gebieden op hun hersenscans te identificeren, houdt daar onvoldoende rekening mee. Uylings beschreef de misstand in zijn publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Anatomy and Embryology (23 september, online).

Met moderne beeldvormende technieken zoals MRI en PET kunnen onderzoekers levende hersenen van mensen virtueel plakje voor plakje in beeld brengen. Al die plakjes op elkaar leveren een driedimensionaal plaatje op van het brein van de gescande persoon. Maar als onderzoekers op een scan een plek in de hersenen zien oplichten, weten ze nog niet direct in welk functionele hersengebied dat ligt. De Duitse anatoom Korbinian Brodmann ontwikkelde daarvoor aan het begin van de vorige eeuw een systeem. Hij onderscheidde verschillende gebieden op de hersenschors, op basis van de variaties in de celopbouw die hij zag met een lichtmicroscoop. Dat systeem van Brodmann, vindt Harry Uylings, heeft allerlei bezwaren.

hersenwindingen

Uylings: ``Wetenschappelijke tijdschriften, en ook de reviewers die aangeboden artikelen beoordelen, vereisen bij de beschrijving van een actief gebied in de hersenschors een nummer van zo'n zogenoemd Brodmann Area''. Maar de indeling in Brodmann-gebieden is niet zo eenduidig als die lijkt. Tekeningen van de hersenen in tekstboeken wekken de indruk dat alle breinen er ongeveer gelijk uitzien. Niets is minder waar: ieder individueel brein heeft een eigen vorm, en het patroon van groeven en hersenwindingen van elke hersenschors is zo uniek als een vingerafdruk.

``De studie van Brodmann is gebaseerd op de hersenen van één persoon'', legt Uylings uit. En dus houdt de indeling volgens Brodmann geen rekening met de aanzienlijke verschillen in de microscopische anatomie van de hersenschors tussen individuen. ``Er blijft gigantische variatie tussen personen.''

In de hersenen van de rat is aangetoond dat ieder microscopisch gedefinieerd gebied in de hersenschors een eigen unieke reeks verbindingen heeft met dieper gelegen hersengebieden. De verschillende Brodmann-gebieden zullen dus bij verschillende netwerken betrokken zijn, en bij verschillende functies. Het is op zich dus goed om een indeling op basis van Brodmann-gebieden te gebruiken, vindt Uylings. ``Maar dan moet het wel goed gebeuren.''

En dan: de VUmc-onderzoeker ziet nog meer problemen bij de vertaling van MRI-scans naar Brodmann-gebieden. Om verschillende breinen met elkaar te kunnen vergelijken, passen hersenonderzoekers de driedimensionale hersenplaatjes aan, zodat het precies over een modelbrein past. Er is een aantal modelbreinen in omloop, waarvan het Talairach-systeem een van de meest gebruikte is. Maar zelfs wanneer je de hersenen transformeert naar een modelbrein zijn de hersenschorsgebieden niet allemaal identiek.

``De Brodmann-gebieden, die alleen voor de buitenkant van de hersenschors gespecificeerd zijn, zijn bij de Talairach-atlas de groeven in getransporteerd, met de grens van zo'n gebied op de bodem van een groeve'', zegt Uylings. ``Dat is allemaal giswerk, terwijl tweederde van onze hersenschors in die groeven verborgen zit. En voor de Talairach-atlas is niet de laatste kaart van Brodmann gebruikt die hij in 1914 zelf heeft gereviseerd, maar de eerste versie.''

afwijkend

Een verkeerde benoeming van een hersengebied kan gemakkelijk leiden tot onjuiste theorieën over netwerken in het brein, zoals hersensystemen die betrokken zijn bij bepaalde functies, of die afwijkend zijn bij bepaalde psychiatrische patiënten. ``Ik ken bijvoorbeeld een aantal Amerikaanse studies naar het posttraumatisch stress syndroom waarin een afwijking is vastgesteld in een gebied dat zij met behulp van de Talairach-atlas identificeerden als Brodmann-gebied 44 en 45, of het gebied van Broca, dat belangrijk is voor het uitspreken van woorden'', vertelt Uylings. ``Die onderzoekers hebben daar allerlei implicaties aan verbonden, terwijl het, wanneer je de individuele hersenen bekeek, niet voor de hand lag dat het Broca's gebied was.''

Samen met de groep van de Duitse neuroanatoom Karl Zilles van de universiteit van Düsseldorf werkt Uylings aan een alternatieve hersenatlas die wél rekening houdt met de cellulaire architectuur van de hersenschors. Daarin is de indeling in Brodmann-gebieden gebaseerd op de scanbeelden en de microscopische gegevens van minimaal tien breinen. Het resultaat van de samenwerking is een waarschijnlijkheidsatlas. Voor een gevonden punt in de hersenen kan met die atlas worden bepaald dat de grootste kans is dat het punt in gebied A ligt, maar dat het ook gebied B of C zou kunnen zijn.

Het maken van een waarschijnlijkheidsatlas is een monnikenwerk. Alleen al het brein van één individu wordt opgesneden in zesduizend plakjes. Uylings is er nu vijf jaar mee bezig, Zilles al veel langer. ``Van een aantal gebieden hebben we de variatie nu goed in kaart gebracht'', zegt Uylings.

onredelijk

Uylings zou het liefst zien dat tijdschriften ervan doordrongen raken dat ze een onredelijke eis stellen door naar Brodmann-gebieden te vragen. Een ruwe markering, een aanduiding van de groeven, dat is hoe ver hij zou willen gaan. Maar volgens prof.dr. Peter Hagoort, hersenonderzoeker en directeur van het F.C. Donderscentrum voor Cognitieve Neuroimaging in Nijmegen, wordt het dan onwerkbaar. ``De Brodmann-gebieden niet noemen lijkt me lastig, want de communicatie tussen onderzoekers wordt erdoor vergemakkelijkt.''

De Brodmann Area-specificatie moet gebruikt worden als een soort steno voor de Talairach-coördinaten. ``Het is lastig te bedenken waar bijvoorbeeld het coördinaat -12 x 23 x 18 ligt'', vindt Hagoort. ``Vaak is het niet vereist de Brodmann gebieden te noemen, maar doen onderzoekers het toch, omdat het handig is.'' Zelf heeft Hagoort nog geen resultaten gehad waarbij het voor de interpretatie uitmaakte of hij de waarschijnlijkheidsatlas gebruikte of die van Talairach.

Hagoort is het wel eens met Uylings dat onderzoekers voorzichtigheid moeten betrachten bij het interpreteren van hun resultaten. Zijn ervaring is dat de meeste onderzoekers dat ook doen. De onafzienbare lijst MRI-studies die tot nu toe gedaan zijn hoeven dus niet de prullenbak in. ``Het belangrijkste is dat onderzoekers die hersenscans bestuderen zich realiseren dat alle breinen uniek zijn, zelfs na schalen naar grootte en vorm'', zegt Uylings. ``Er zijn allerlei variaties in het groevenpatroon, en die moeten ze kennen om de juiste aanduiding te kunnen geven. Enige anatomische scholing horen ze wel te hebben.''