Dit is een artikel uit het NRC-archief
Bekijk hele krant

Milieu en natuur

Rat kan met sensor ook in het donker zien

Zoogdieren zien geen infrarood Maar met een breinimplantaat kunnen ratten dit wel Het lichaam krijgt daarmee een extra zintuig

Duisternis is slechts een toevallige afwijking van ons lichaam. Duisternis is duister omdat onze ogen ongevoelig zijn voor infrarood licht. Dat is licht met een iets langere golflengte dan het rode licht dat we wél kunnen zien. Als onze ogen ook gevoelig waren voor dat infrarood licht, dan zouden we de wereld ’s nachts waarnemen alsof we door een infraroodcamera keken. Het zou voelen als een zesde zintuig. Precies dat overkomt nu de rat.

Zoals alle zoogdieren kunnen ratten infrarood licht niet van nature waarnemen. Maar in het online tijdschrift Nature Communications van 12 februari laten professor Miguel Nicolelis en twee collega’s van de Duke University (VS) zien dat ratten dankzij een breinprothese binnen een maand infrarood licht leerden waarnemen.

De onderzoekers trainden zes ratten voor een eenvoudige visuele taak. Ze plaatsten de ratten in een ronde kamer met drie poortjes, die een eindje uit elkaar langs de wand staan. Boven elk poortje zit een LED-lampje. Bij elke proef springt een willekeurig lampje aan. Wanneer de rat zijn neus in het poortje duwt, wordt hij beloond met een slokje water. Binnen een maand leren de ratten om hun neus in het bijbehorende poortje te duwen, telkens wanneer een lampje aan gaat.

Na een maand kregen de ratten een breinimplantaat. In het hersengebiedje dat de tastsignalen van de snorharen verwerkt, werden micro-elektroden ingebracht die verbonden waren met een infrarooddetector op het voorhoofd van de rat. Wanneer de rat zijn hoofd richt op een infrarood lampje, dan zet de detector het infraroodlicht om in een elektrisch signaal waarmee de micro-elektroden het ‘tastgebiedje’ in het rattenbrein stimuleren. De infrarooddetector is zo ingesteld dat de frequentie van dat elektrische signaal toeneemt wanneer de rat dichter bij de infraroodbron komt.

Vervolgens vervingen de onderzoekers de drie LED-lampjes door drie infraroodlampjes en herhaalden het experiment. In eerste instantie duwden de ratten hun neus in een willekeurig poortje, welk infrarood lampje er ook aan ging. Ze gedroegen zich alsof ze het nieuwe breinsignaal nog steeds interpreteerden als een tastsignaal afkomstig van de snorharen. Snorharen merken niets van lichtjes. Geleidelijk leerden de ratten echter het nieuwe breinsignaal te associëren met het infrarode licht. Ze gingen hun hoofd zo bewegen alsof ze actief zochten naar het infrarode lampje. Na een maand hadden alle ratten geleerd om hun snuit in het poortje van het actieve infraroodlampje te duwen.

Bij nader onderzoek bleken de hersencellen in het hersengebied nog steeds óók op tastsignalen van de snorharen te reageren. Het tastgebiedje was nu een ‘tast-plus-infrarood’-gebiedje geworden: een soort gedwongen synesthesie. Zo flexibel blijkt een brein dus te zijn.

Tot nu toe concentreerde het onderzoek naar breinprotheses zich op het kunstmatig herstellen van een kapotte functie. Zo kon een volledig verlamde vrouw vorig jaar dankzij een implantaat een robotarm aansturen en voor het eerst sinds haar verlamming weer zelfstandig drinken. Nicolelis is al meer dan een decennium een pionier op dat terrein. De infraroodprothese voor ratten is het eerste voorbeeld van een breinprothese die een nieuwe functie aan het lichaam toevoegt.

Maar waarom zou het moeten blijven bij infrarooddetectie? „Wij zouden brein-machine-interfaces kunnen maken die voor willekeurig welke fysische energie gevoelig zijn”, zegt Nicolelis in een persbericht van de Duke University. „Het zou ook kunnen voor magneetvelden, radiogolven of ultrageluid.” Het hele elektromagnetische- en geluidsspectrum kan een open boek worden.