Mensen hebben controle over de timing van hun bewegingen, een essentiële functie voor het uitvoeren en controleren van bewegingen. Als deze functie verloren gaat, kan dat leiden tot ingrijpende motorische stoornissen.
‘Complexe en diverse neurale signalen die ten grondslag liggen aan bewegingen zijn een bekend kenmerk van delen van de hersenschors, maar tot onze verrassing vonden we een vergelijkbare complexiteit en diversiteit in het cerebellum’, zegt neurowetenschapper Devika Narain, universitair hoofddocent neurowetenschappen en hoofdauteur van het artikel in Nature Communication.
Neuronale machine
Het cerebellum is een hersenstructuur die al tientallen jaren veel neurowetenschappers en theoretici fascineert en zelfs de ontwikkeling van enkele vroege modellen voor kunstmatige intelligentie heeft geïnspireerd. Door de uniforme opbouw van de lagen neuronen in de kleine hersenen werd dit gebied al gezien als een ‘neuronale machine’.
‘Op basis van de repetitieve structuur dachten we dat we de berekeningen die het cerebellum uitvoert goed hadden doorgrond’, zegt Narain. ‘Nu ontdekken we dat in dit gebied veel meer complexiteit schuilgaat dan iedereen aannam. Dat geldt vanaf genetisch niveau tot aan de aard van de neurale signalen die het produceert.‘
Logisch
Onderzoeker in opleiding Julius Koppen, afdeling Neurowetenschappen van het Erasmus MC, werkte mee aan het onderzoek. Koppen: ‘We hadden niet verwacht zo’n rijke en complexe dynamiek van hersensignalen in dit gebied te vinden voor eenvoudig motorisch gedrag. Maar toen we een computermodel gebruikten om onze bevinding te analyseren in het licht van recente ontdekkingen van lokale anatomie in het cerebellum, konden we laten zien dat het logisch is om deze signalen te verwachten.’
‘Dit maakt ons werk als ingenieurs eenvoudiger’
‘Een van de langetermijndoelen van ons lab is het ontwikkelen van brein-machine-interfaces die helpen bij het herstellen van goed gecontroleerde bewegingen bij patiënten die dergelijke vaardigheden hebben verloren’, zegt Narain. ‘Wij geloven dat dit werk helpt bij het begrip dat verschillende delen van de hersenen geen compleet verschillende fysiologische talen spreken. Dit maakt ons werk als ingenieurs eenvoudiger, omdat we dezelfde principes kunnen toepassen op beide gebieden bij het bestuderen van hun communicatie voor het ontwikkelen van snelle brein-machine-interfaces.’
Hersenletsel
Het idee achter de brein-machine-interfaces is dat het wetenschappers in staat stelt om in de hersenen het verwerken en versturen van signalen voor bewegingen over te nemen wanneer deze functionaliteit verloren gaat. ‘We denken hier in eerste instantie aan patiënten die als gevolg van ziekte of letsel motorisch gestoord raken, maar op langere termijn zullen we ons niet per sé beperken tot niet-aangeboren hersenletsel’, vult Koppen aan.
