Het ding kan sneller reageren dan wij zelf. Het lijkt nog het meest op een uit de klauwen gegroeide helm van zo’n anderhalve meter hoog, het heet een MEG-apparaat, en het maakt nu tweeduizend afbeeldingen per seconde van de hersenen. “Dat zou je op kunnen voeren tot achttienduizend, maar dat heeft geen zin, want zo snel werken onze hersenen niet,” zegt dr. Bob van Dijk (42), directeur van het MEG-centrum, een nog jong KNAW-instituut dat gevestigd is op de benedenverdieping van de polikliniek van het VU-ziekenhuis in Amsterdam.

Kijken wat er binnenin een hoofd gebeurt. De mogelijkheden daarvoor zijn de laatste decennia explosief gegroeid. Levende hersens kun je op allerlei manieren aan het werk zien tegenwoordig, en elke techniek heeft zijn eigen voor- en nadelen. Cruciale punten zijn hoe precies je de plaats kunt bepalen waar activiteit te zien is, of je de reactietijd exact kunt meten, en ook of het voor patiënten of proefpersonen een ingrijpende procedure is. De MEG is op dit moment de supertop van de technologie, en scoort uitstekend op alle punten. 

Geen magneet

De afkorting staat voor MagnetoEncefaloGrafie, waarin de Griekse woorden voor ‘magnetisme’, ‘hersenen’ en ‘schrijven’ zijn terug te vinden. “Magnetisme klinkt gauw een beetje eng”, zegt Van Dijk, “maar er komt geen magneet aan te pas. Juist niet. Alle magneten moeten heel ver uit de buurt blijven. Het apparaat meet namelijk het natuurlijke magnetisme. Dat is maar héél weinig. Wat je hersenen produceren is ongeveer een miljardste van het gewone aardmagnetische veld. En het mooie is dat we hiermee heel precies weten wat we meten. Neuronen, de zenuwcellen in de hersenen, geven signalen aan elkaar met behulp van elektrische stroompjes, die via de synapsen worden doorgegeven. Magnetisme en elektrische stroomdichtheid zijn heel direct aan elkaar gerelateerd, het gaat om een soort bijproduct van elektrische stromen. Dat wordt dus gemeten en die waarden worden omgezet in afbeeldingen.”

Wat die in elk geval laten zien, is dat er hard gewerkt wordt. Van Dijk: “Dat is misschien nog wel het opvallendste: spontaan is er erg veel actie. De hersenen praten voornamelijk met zichzelf, en heel weinig met buiten. Wanneer je een reactie oproept, bijvoorbeeld door iemand een testje te laten doen, dan gaat de activiteit hooguit een paar procent omhoog of omlaag.”

Hard signaal

Waar dat gebeurt, is tot op een paar millimeter nauwkeurig te zien. In de met vloeibaar helium gevulde ‘helm’ wordt op maar liefst 180 verschillende punten het signaal gemeten. Het gaat daarbij om 151 verschillende plekjes op de schedel. Een proefpersoon hoeft alleen maar zijn hoofd in de helm te steken. Soms moet hij liggen, soms zitten, maar hij krijgt niets ingespoten, wordt niet bestraald of wat dan ook.

Met andere technieken gebeurt dat vaak wel. Pet-scans bijvoorbeeld kunnen iets beter lokaliseren waar activiteit toeneemt, maar het wanneer is veel moeilijker te meten, en je krijgt er altijd een licht radioactieve stof voor geïnjecteerd. Net als bij zogeheten fMRI’s zijn veranderingen in de bloedstroom de basis voor de afbeeldingen. “We weten niet precies wat zulke veranderingen zeggen”, vertelt Van Dijk. “Bij de MEG is alles altijd interpreteerbaar. Het is gewoon een hard signaal. Je hebt ook geen referentie nodig om te kunnen beginnen met meten, en je hoeft geen grote hoeveelheden plaatjes te ‘middelen’ voor een beeld.”

Zonder schedel

Als het nodig is, kunnen MEG-gegevens ook gecombineerd worden met andere technieken, bijvoorbeeld ook met de al veel langer bestaande EEG’s (ElektroEncefaloGrammen, hetzelfde als ECG’s, maar dan niet voor het hart), die de elektrische hersenactiviteit op verschillende punten aan de buitenkant van de schedel meten en weergeven in lijntjespatronen. De MEG mag je volgens Van Dijk zien als een soort super-EEG. “Met een MEG is het of je een EEG maakt van de hersenen zelf, zonder dat er een schedel tussenzit,” vergelijkt hij de twee. Maar er zijn niet alleen maar voordelen.

Om te beginnen is de apparatuur duur. Vier en een half miljoen heeft het apparaat gekost. Daarvan zijn er, inclusief een subsidie van NWO, twee en een half door de KNAW betaald, en die is ook eigenaar. Daarnaast doen er drie academische ziekenhuizen mee: dat uit Utrecht, en in Amsterdam het AMC en het VU-ziekenhuis, waar het centrum ook gevestigd is. Betaling vooraf heeft gebruiksrechten achteraf gegeven. Een half uur in de MEG kost vijfhonderd gulden. De deelnemende partijen hebben voor heel wat uren vooruitgefinancierd.

Kluisdeur

In de loop van 1997 is het apparaat geïnstalleerd, maar de hele zaak werkend krijgen was niet eenvoudig. Het is bijzonder lastig om alle storing buiten te houden, zeker in een ziekenhuisomgeving vol elektronische apparatuur. De deur naar het kamertje waarin de MEG staat, lijkt sprekend op een enorme kluisdeur. “Er zijn zeven verschillende metalen lagen in verwerkt”, vertelt Van Dijk. Alles moet goed geïsoleerd zijn, en ook de mensen die het kamertje betreden moeten zich ontdaan hebben van sieraden en andere mogelijke stoorzenders. In eerste instantie ging het aldoor niet goed, naar later bleek omdat de bijna vuistdikke strengen kabels, die vanuit de machine naar een kamer een eind verderop lopen, precies zo lang waren dat de ‘piepers’ die in het ziekenhuis gebruikt worden interfereerden met het signaal uit de MEG. “Voordat je daarachter komt, dat duurt wel even”, verzucht Van Dijk.

De hoeveelheid rekenwerk die verricht moet worden, is indrukwekkend. De kabels eindigen in een meer dan manshoge constellatie van 180 verschillende computers, voor elk meetpunt in de helm één. Van Dijk: “De gegevensstroom komt binnen op zeven graden, hier aan de onderkant. Aan de bovenkant komt er lucht van vijftig graden uit. Pas na die voorbewerking, waarbij het merendeel van de data wordt weggegooid, kun je in een gewone computer aan het werk met de relevante gegevens.”

Hi-tech geknutsel

En nog steeds wordt er heel wat hi-tech geknutseld. Hoewel hun aantal op het moment snel groeit, zijn er maar weinig soortgelijke apparaten. Veel moet dus nog uitgevonden worden. Zoals manieren om de hersenen informatie van buiten te laten verwerken zónder dat er ergens een magneet tussen zit. Luidsprekertjes gebruiken, is uitgesloten. Dat wordt opgelost met een stethoscoop. Ook een monitor mag het kamertje niet in. Tot voor kort werd er daarom met een simpel laag-resolutie LCD-scherm gewerkt, en nu is er een ingenieus systeem met spiegels. “Pas over een jaar of tien kan iedere dokter er zonder meer mee aan de slag”, zegt Van Dijk, “dan hoef je niet langer te weten hoe het werkt.”

Hijzelf moet dat nog wel. Een van de aantrekkelijke kanten van zijn baan vindt hij dat alle aspecten van de fysica aan bod komen, er komt zelfs een kleine beetje quantummechanica bij kijken. Van Dijk is natuurkundige, eentje die liever zijn kennis inzet in de echte wereld, dan dat hij zelfverzonnen problemen oplost, zo besloot hij ooit. Hij promoveerde op een natuurkundige beschrijving van kleuren zien. Dat we dat kunnen, zit voor een groot gedeelte in de kegeltjes in ons netvlies, en veel minder in onze hersenschors dan wel gedacht werd. Van Dijk: “Er is een geneesmiddel tegen tuberculose dat een tijdelijke stoornis in het kleurzien geeft. Ik kon laten zien dat dat allemaal om effecten op het netvlies ging, en dat het dus geen probleem met de oogzenuw was, of een corticaal probleem.”

Heel visueel

Maar over zien en die cortex vertelt Van Dijk ook graag en enthousiast. Het is één van de terreinen waarop het MEG-apparaat voor onderzoek ingezet wordt. “Mensen zijn heel visueel”, zegt Van Dijk. “Ongeveer de helft van de cortex is betrokken bij het verwerken van visuele informatie. Wat we onder andere volgen met de MEG, dat is onderzoek vanuit het AMC,  is de ontwikkeling: hoe bij kinderen vanaf een jaar of vier de relatie tussen waarnemen en de activiteit in de hersenen verandert. Het duurt heel lang, wel ongeveer tot je vijfentwintigste, voordat de visuele schors helemaal uitontwikkeld is. Pas heel langzaam kom je uiteindelijk bij de kenmerkende responsies uit. Je hersenen moeten heel veel ingewikkelde berekeningen leren maken. Wanneer je bijvoorbeeld met je hoofd in de richting van een raam gaat, dan wordt, om te voorkomen dat je je stoot, de beweging een aantal keren uitgerekend.”

Onderzoek wordt er ook gedaan naar de ziekte van Alzheimer, die op dit moment nog steeds pas met zekerheid kan worden vastgesteld na iemands overlijden. Van Dijk: “De VU heeft een project over dementie. Ze kijken hier naar drie aspecten. Naar de spontane hersenactiviteit, waarvan we door EEG’s al wisten dat die anders is dan bij gezonde mensen. Je ziet dat verschillende gebieden wat meer in isolatie gaan opereren, dat er minder spreiding van activiteit is. Met de MEG kun je dat verifiëren en nauwkeuriger meten. Daarnaast wordt er gekeken naar de taalbenoemingsfunctie. Mensen krijgen plaatjes te zien en moeten zeggen wat daarop staat. Vaak kunnen ze niet op het goede woord komen. Als je ze vergelijkt met controles, dan zit er veel meer spreiding in de responstijd. De hersenen reageren soms te laat. Dat kun je zien. Daarnaast wordt het korte-termijngeheugen getest. Patiënten krijgen vijftig niet al te frequente woorden te lezen, en daarna krijgen ze paren woorden, en dan moeten ze zeggen of ze het linker- of het rechterwoord al eerder gezien hebben. Die taak voeren ze slechter uit dan controles, maar op de MEG zien we geen verschil.”  

Wie het MEG-apparaat wil huren, kan een voorstel indienen. Projecten worden in eerste instantie bekeken door Van Dijk, en vervolgens beoordeeld door een wetenschapscommissie. Van Dijk begeleidt de meeste research persoonlijk. “Dat betekent dat ik me telkens heel snel in een bepaald gebied moet inwerken”, zegt hij, “en dat is erg leuk. Het is ook echt nodig, omdat de meeste onderzoekers nog niet weten wat er nu precies wel en niet kan met de MEG.”

Spikes

Op het ogenblik gaat maar tien procent van de MEG-uren naar klinische toepassingen. Voorkomen dat essentiële hersengebieden bij een operatie verloren gaan, is een belangrijke functie. Van Dijk: “Een op de drie epilepsiepatiënten is niet met geneesmiddelen te behandelen. Dat kan grote gevolgen hebben. Sommige mensen hebben zo veel toevallen dat ze alleen nog maar in bed kunnen liggen. Een symptoom van epilepsie is afwijkende elektriciteit in de hersenen. Plotseling zie je zogeheten spikes, een hele scherpe activiteit. Het is heel ongezond voor de hersenen, dus als het kan, wordt er geopereerd. In Nederland hebben die operaties een slagingspercentage van tachtig à negentig procent. Het Academisch Ziekenhuis in Utrecht is echt hét centrum voor die chirurgie.”

“Voor een operatie zijn er twee voorwaarden. De epilepsie moet focaal zijn, dat wil zeggen: vanuit een bepaald punt beginnen. En dat moet een stukje zijn dat je kunt missen. Gek genoeg kun je het grootste deel van je cortex missen, maar je wilt natuurlijk niet dat je iemands taalgebied aantast. Waar dat precies zit – dat is niet bij iedereen op exact dezelfde plek – kun je van tevoren vaststellen. Onder andere met een MEG. Ook bij tumoroperaties is het heel belangrijk dat je een ‘atlas’ van iemands cortex hebt. Welke gebieden zitten ernaast? Dat je weet: hier moet het even langzaam en voorzichtig, want hier zitten de vingers, zegt de MEG. Je kunt daardoor ook radicaler snijden.”

Het MEG-centrum is in eerste instantie voor drie jaar ingesteld. Daarna wordt er geëvalueerd. Wil het apparaat rendabel worden, dan zouden er eigenlijk meer klinische toepassingen moeten komen. Van Dijk: “Het zou goed zijn als we nog een ziektebeeld hadden waarvoor we iets kunnen betekenen. Als er niet meer komt dan loop je ook kans dat de fabriek failliet gaat. Ik zie wel mogelijkheden in de psychiatrie. Er wordt allerlei onderzoek gedaan naar aandachtsstoornissen. Ik denk dat de MEG voor een duidelijker diagnostiek kan zorgen.”

Het grootste probleem blijft volgens Van Dijk dat we niet weten hoe de hersenen werken. Het is verreweg het meest complexe orgaan dat we hebben. Op de valreep vertelt hij wat hem het meest verbaasd heeft in de anderhalf jaar dat het MEG-centrum nu open is: “Mensen verschillen onderling zo weinig. Als je om je heen kijkt, lijkt gedrag zo diffuus, maar bij iedereen zie je exact 110 milliseconde nadat iemand een woord leest een heel specifieke reactie. Het gaat allemaal zo getimed!”