Onderzoekers ontwikkelen een nieuwe methode om de voortplantingsvertraging van signalen in de hersenen van patiënten met multiple sclerose te berekenen

Onderzoekers van het Human Brain Project hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de voortplantingsvertraging van signalen in de hersenen van patiënten met multiple sclerose te berekenen, een chronische ontstekingsziekte die wereldwijd meer dan twee miljoen mensen treft. De resultaten werden gepubliceerd in het Journal of Neuroscience door onderzoekers van het Institute of Neurosciences in Marseille, Frankrijk, de Universiteit van Napels Parthenope en de Universiteit van Campania, Caserta in Italië.

Bij multiple sclerose vallen de immuuncellen van het lichaam myeline aan, het isolerende omhulsel dat alle zenuwcellen bedekt. Myeline heeft een soortgelijk doel als het plastic dat elektrische kabels isoleert, waardoor elektriciteit sneller gaat. Schade aan de myelinelaag van de hersenen vertraagt ​​elektrische signalen, wat resulteert in vertraagde verbindingen tussen hersengebieden en verminderde of aangetaste vermogens. Door de exacte impact van spinale schade te meten, kunnen artsen patiënten een persoonlijke benadering bieden.

Dit is moeilijker dan onderzoek naar multiple sclerose: “Deze ziekte is een diagnostische paradox”, legt Pierpaolo Sorrentino, hoofdauteur van de studie, uit. “Er zijn patiënten van wie de MRI-scans een significante verslechtering van de myeline laten zien, maar geen vergelijkbare stoornis, en anderen die weinig duidelijke schade vertonen maar toch grote problemen hebben. Vaak kunnen we dat niet zien door alleen naar de scans te kijken.” Hersenstimulatie om de realtime vertraging tussen regio’s te meten is ook niet effectief bij het schatten van de vertraging in veel hersenverbindingen en niet slechts in één: het signaal wordt uiteindelijk te rommelig om een ​​betrouwbare indicator van diffusie te zijn.

In plaats daarvan hebben de onderzoekers een methode ontwikkeld voor het meten van vertraging die geen directe stimulatie omvat, maar gebruik maakt van neuronale afbraak (prikkels van activiteit die optreden in opeenvolgende clusters) die automatisch door de hersenen worden verzonden.

Deze spontane uitbarstingen van activiteit kunnen worden gebruikt om de tijd te meten die een signaal nodig heeft om door de witte stofbundels te reizen die twee hersengebieden met elkaar verbinden en vervolgens kunnen worden vergeleken met gezonde controles zonder enige schade aan de wervelkolom. Door het signaal niet direct te verstoren, kunnen we in een paar minuten de vertraging tussen de meeste paren hersengebieden inschatten en deze vervolgens combineren met wat de MRI-scans ons laten zien.”

Pierpaolo Sorrentino, hoofdauteur van de studie

Naast het informeren van de behandeling, kan de methode ook worden gebruikt om de virtuele hersenmodellen van patiënten te verbeteren om het niveau van personalisatie te verhogen. Grootschalige hersenmodellering gaat meestal uit van een constante snelheid van het signaal over de randen, maar dit is niet helemaal waar, zelfs niet in een gezond brein. “We zijn nu in staat om een ​​vertragingsfactor aan deze simulatie toe te voegen, waardoor de diagnostische en voorspellingstools die beschikbaar zijn voor clinici en hun patiënten verbeteren”, besluit Sorrentino.