Beeldvormend hersenonderzoek onthult verbindingen die cruciaal zijn voor het menselijk bewustzijn

In een artikel met de titel "Multimodale MRI onthult hersenstamverbindingen die waakzaamheid in het menselijk bewustzijn ondersteunen", gepubliceerd in het tijdschrift Science Translational Medicine, heeft een team onderzoekers van het Massachusetts General Hospital en het Children's Hospital Boston een connectiviteitskaart gemaakt van een hersennetwerk waarvan zij denken dat het essentieel is voor het menselijk bewustzijn.

De studie omvatte scans met hoge resolutie waarmee de onderzoekers hersenverbindingen met een ruimtelijke resolutie van submillimeters konden visualiseren. Deze technische vooruitgang stelde hen in staat om voorheen onopgemerkte verbindingen te identificeren tussen de hersenstam, thalamus, hypothalamus, basale voorhersenen en hersenschors.

Samen vormen deze paden het "standaard opstijgende activeringsnetwerk" dat de waakzaamheid in rust in stand houdt bij bewuste mensen. Het concept van het "standaard" netwerk is gebaseerd op het idee dat bepaalde netwerken in de hersenen functioneel het meest actief zijn wanneer de hersenen in rust zijn, terwijl andere netwerken actiever zijn wanneer de hersenen doelgerichte taken uitvoeren.

Om de functionele eigenschappen van dit standaard hersennetwerk te onderzoeken, analyseerden de onderzoekers functionele MRI-gegevens van 7 Tesla in rusttoestand van het Human Connectome Project. Deze analyses onthulden functionele verbanden tussen het subcorticale standaard opstijgende activeringsnetwerk en het corticale standaardnetwerk dat zelfbewustzijn in rust bemiddelt.

Complementaire structurele en functionele connectiviteitskaarten bieden een neuroanatomische basis voor de integratie van waakzaamheid en bewustzijn in het menselijk bewustzijn. De onderzoekers hebben fMRI-gegevens, hersenmappingtechnieken en een nieuwe Harvard Atlas van het Ascending Activation Network gepubliceerd ter ondersteuning van toekomstige inspanningen om de connectiviteit van het menselijk bewustzijn in kaart te brengen.

"Ons doel was om het menselijke hersennetwerk in kaart te brengen dat cruciaal is voor het bewustzijn en om clinici betere hulpmiddelen te bieden om het herstel van het bewustzijn bij patiënten met ernstig traumatisch hersenletsel te detecteren, voorspellen en bevorderen", legt hoofdauteur Dr. Brian Edlow uit, mededirecteur van het Massachusetts General Hospital Neuroscience Center, adjunct-directeur van het Center for Neurotechnology and Neurorestoration (CNTR) in het Massachusetts General Hospital, universitair hoofddocent neurologie aan Harvard Medical School en van 2023 tot 2028 Chen Research Fellow in het Massachusetts General Hospital.

Dr. Edlow legt uit: "Onze resultaten op het gebied van connectiviteit suggereren dat stimulatie van de dopaminerge paden van het ventrale tegmentale gebied patiënten mogelijk kan helpen uit een coma te ontwaken, omdat dit knooppunt verbonden is met veel hersengebieden die cruciaal zijn voor het bewustzijn."

Hoofdauteur Dr. Hannah Kinney, emeritus hoogleraar aan het Children's Hospital Boston en Harvard Medical School, voegt eraan toe dat "de verbindingen in de menselijke hersenen die we hebben geïdentificeerd, kunnen worden gebruikt als een routekaart om een breed scala aan neurologische aandoeningen die verband houden met bewustzijnsveranderingen, van coma tot epileptische aanvallen en wiegendood (SIDS), beter te begrijpen."

De auteurs voeren momenteel klinische proeven uit om het standaard opstijgende activerende netwerk te stimuleren bij patiënten met coma na traumatisch hersenletsel, om zo het netwerk te reactiveren en het bewustzijn te herstellen.