Je wordt beter in een taak als er veel alfagolven zijn in de hersendelen die je voor die taak níet nodig hebt. Dit is voor het eerst aangetoond door Saskia Haegens van het Nijmeegse herseninstituut Donders. Dinsdag 30 maart promoveert ze op dit onderzoek, dat ook nieuws bevat over de samenhang van individuele hersencellen en hersengolven.

Alfagolven treden op in de hersenen als iemand zich ontspant. Lang werd daarom gedacht dat alfagolven niet echt belangrijk waren. Dat beeld verandert snel. Alfagolven zijn juist van het grootste belang om delen van het brein koest te houden, zodat andere gebieden hun taak goed kunnen doen. Saskia Haegens van het Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour van de Radboud Universiteit Nijmegen toont nu aan dat prestaties  verbeteren als alfagolven in andere gebieden toenemen.

Prioriteiten van het brein
De hele dag worden wij bestookt met indrukken, zijn we bezig, denken na, reageren, voelen et cetera. Dat alles bestuurd vanuit het brein, waar geen centrale dirigent bezig is om te regelen dat we nu moeten lezen over hersengolven, of gevolg moeten geven aan ons verlangen naar koffie. Hersengolven lijken die regelende rol te hebben. De snellere patronen (in het gammaspectrum van  >30 Herz en het bètaspectrum van 15-30 Hz) treden op in actieve hersengebieden, de langzame alfagolven van 10 Hz in gedempte gebieden. 

A. Als de aandacht gericht is op de linkerhand, gaat alfa activiteit omlaag (blauw) in de rechter somatosensorische cortex (waar de linkerhand wordt verwerkt), en gaat alfa omhoog (rood) in de linker somatosensorische cortex waar afleiding wordt verwacht (vice versa voor aandacht op de rechterhand). Tevens gaat visuele alfa omhoog. B. De mate van verandering in alfa bepaalt de prestatie van de proefpersoon: hoge alfa aan de kant waar de afleiding wordt verwacht (‘ipsilateraal’), en lage alfa aan de kant waar de stimulus wordt verwacht (‘contralateraal’), dragen beide bij aan een goede prestatie.

Conclusies gelden ook voor andere systemen
Het meeste onderzoek naar deze golfpatronen is gedaan in het visuele systeem. Kun je dan wel algemene uitspraken doen over de rol van die golven? ‘Dat is wel waarschijnlijk’, zegt Saskia Haegens. ‘Ik heb deze metingen nu herhaald voor het somatosensorische systeem – zeg maar het systeem dat je tactiele informatie geeft, hoe iets voelt als je het aanraakt: hard, zacht, ruw, prikkelend, pijnlijk. Wat we vinden, komt overeen met de metingen aan het visuele systeem. Bovendien zien we een zelfde patroon in het motorische systeem. Ik zou niet weten waarom het voor andere hersengebieden niet ook zo zou werken. Het ligt niet voor de hand dat het brein daar een ander mechanisme voor heeft ontwikkeld.’

Schematische weergave van het alfa mechanisme: sterke alfa remt de activiteit van hersencellen (weinig spikes), terwijl zwakke alfa meer spikes toelaat

Hersenen niet passief
Haar onderzoek biedt verder bewijs voor de gedachte dat ons brein geen passief orgaan is dat alleen reageert op wat er buiten gebeurt. Nee, de hersenen bereiden zich voor op wat komt. Dat kon Haegens aantonen met een taak waarin subtiele prikkeltjes opgemerkt moesten worden (in jargon: een somatosensorische detectietaak). ‘We vertelden de proefpersonen dat we ze zouden afleiden van hun taak, en we konden goed meten dat ze dan voorafgaand aan de stimulus meer alfagolven gingen produceren om de afleiding te weerstaan. Wie dat goed kon, presteerde duidelijk beter op deze aandachtstaak.’

Dieper in mechaniek van het brein
Saskia Haegens is een onderzoeker die vooral geïnteresseerd is in de mechaniek van de hersencellen en de netwerken die ze vormen. Dat vergt zeer precieze metingen direct in de hersenen. Dit onderzoek gebeurt in resusapen onder strikte voorwaarden van dierenwelzijn en na een zorgvuldige afweging van het belang van de onderzoeksvraag. Terwijl het dier taken uitvoert die sterk lijken op die voor menselijke proefpersonen, meet een micro-elektrode rechtstreeks in de hersenen wat één of enkele cellen doen. Overigens heeft Haegens zelf geen nieuwe experimenten uitgevoerd maar gebruikte ze al bestaande data van een lab in Mexico. Dit lab is gespecialiseerd in het tactiele systeem.

‘Aan die metingen  kon ik duidelijk aantonen dat de neuronen het meeste vuren als de alfagolven laag zijn en dat dat patroon hoort bij een goede prestatie op de geheugentaak. Dat klopt met onze hypothese. Voor een goede prestatie heb je sterke alfagolven nodig in de hersengebieden die even niet mee mogen doen, en juist weinig alfagolven in het gebied dat aan het werk moet.’

Saskia Haegens (Nijmegen, 1984) behaalde haar bachelor Bewegingswetenschappen aan de Vrije Universiteit Amsterdam en haalde vervolgens cum laude haar master Cognitive Neuroscience en bachelor Politicologie aan de Radboud Universiteit Nijmegen. In 2007 begon ze haar promotieonderzoek bij het Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour , waar ze sinds 2011 werkte als postdoc. Momenteel is ze postdoc aan Columbia University Medical Center in New York City. Deze promotie is mede mogelijk gemaakt door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).

On the functional role of oscillatory neuronal activity in the somatosensory system (Natuurwetenschappen, Wiskunde en Informatica)
Promotie vrijdag 30 maart 2012. Promotor prof. dr. D.G. Norris; copromotor dr. O. Jensen