Virtuele hersenen om de effecten van gerichte interventies te voorspellen

De organisatie van de neuronennetwerken is zeer complex. Een plaatselijke aantasting zoals bij een CVA kan een disfunctie van verderaf gelegen zones veroorzaken. Omgekeerd kunnen behandelingen gericht tegen een welbepaalde zone in de hersenen de werking van andere zones beïnvloeden zoals bij diepe hersenstimulatie bij de ziekte van Parkinson. Die effecten zijn echter moeilijk te voorspellen. De reactie van de hersenen verschilt immers naargelang van de architectuur van de neuronen.

Om daar een betere kijk op te krijgen, hebben de vorsers plaatselijke letsels aangebracht in verschillende zones van de hersenen bij muizen of hebben ze die zones plaatselijk geremd, en daarna hebben ze de effecten bij functionele MRI vergeleken met die bij simulatie door hun computermodel. Met die gepersonaliseerde “virtuele hersenen” zijn ze erin geslaagd de veranderingen van de hersenactiviteit met hoge precisie te voorspellen. Ze hebben daarbij vastgesteld dat zelfs een zeer plaatselijke stoornis kan leiden tot een reconfiguratie van het hele netwerk, afhankelijk van de aangetaste streek.

De wetenschappers vergelijken dat met een spinnenweb: als je ergens aan een draad trekt, zal de hele structuur trillen, maar de wijze waarop die trilling zich verspreidt, hangt af van de plaats van de impact. Dankzij die digitale analogie geeft het model niet alleen een beter inzicht in de dynamiek van de hersenen, maar voorspelt het ook goed de effecten van een gerichte interventie op afstand.

Op termijn zou dat kunnen helpen chirurgische interventies in de neurologie beter te richten, een gepersonaliseerd schema voor diepe hersenstimulatie op te stellen en biomarkers te ontwikkelen die bepaalde neurologische ziektes voorspellen.