Evenwicht, hersenplasticiteit en kosmonauten

100 jaar geleden werd de nobelprijs voor geneeskunde uit-gereikt aan Robert Barany. Hij had namelijk ontdekt dat het menselijk evenwichtsorgaan, gelegen in het binnenoor, onderzocht kan worden door warm of koud water in het oor te spuiten en te kijken naar de reactie van de ogen. Nog steeds wordt dagelijks over heel de wereld deze test uitgevoerd om te onderzoeken of het evenwichtsorgaan aan de linkerkant even goed werkt als dat aan de rechterkant. Het evenwichtsorgaan is essentieel voor de mens, want het dient er onder andere voor dat we evenwichtig kunnen bewegen en dat we een stabiele blik hebben bij het bewegen. Zonder een goed werkend evenwicht ben je duizelig of draaierig en heb je geen stabiel beeld van de wereld om je heen.
In de afgelopen 20 jaar zijn er verschillende tests bijgekomen om de overige onderdelen van het evenwichtsorgaan, dat vijf bewegingsdetectoren telt, in kaart te brengen.
Maar al deze nieuwe onderzoeken ten spijt, is het bij sommige patiënten met evenwichtsproblemen nog steeds zeer moeilijk om afwijkingen aan te tonen. Dit is bijzonder frustrerend omdat de patiënt klachten ervaart zonder dat de tests iets aantonen.
Als de detectoren van beweging in het binnenoor volgens de tests intact zijn, kan er een probleem zijn met de integratie en verwerking van de signalen van het evenwichtssysteem in de hersenen. En daar situeert zich mijns inziens het beste idee van 2014: het bestuderen van neuroplasticiteit met geavanceerde diffusie NMR-technieken (NMR, van Nuclear Magnetic Resonance, oftewel kernspinresonantie).


 

Neuroplasticiteit is het zich kunnen aanpassen van de hersenen aan nieuwe situaties door het maken van nieuwe connecties of het optimaliseren van bestaande connecties. Wan-neer we, met andere woorden, iets nieuws leren. Het rijden met een fiets is hier een mooi voorbeeld van. Als kind duurt het meestal even alvorens we met de fiets kunnen rijden. Soms gebruikten we zijwieltjes. En dan plotsklaps lukt het: we kunnen ons evenwicht bewaren en fietsen zonder opzij te vallen. Dit is omdat er ergens in onze hersenen verbindingen tot stand komen tussen diverse centra zodat we – soms plots – kunnen beheersen wat we ervoor niet konden. Omgekeerd kan het gebeuren dat bepaalde verbindingen niet meer opti-maal gebruikt kunnen worden, en dit kan aanleiding geven tot klachten.
Met diffusie NMR-beeldvorming kunnen we kijken naar de structuur en connectiviteit in de hersenen. Meer en meer wordt duidelijk dat een verandering in de connectiviteit in de hersenen of een verminderde plasticiteit de oorzaak blijkt te zijn voor klachten van duizeligheid bij sommige patiënten met evenwichtsproblemen.
Indien we willen kijken of er een probleem is met de connectiviteit, dienen we te weten waar we in de hersenen moeten kijken naar ontbrekende of minder optimale connectiviteit. We hebben immers niet van iedereen een (NMR-)beeld van de hersenen in gezonde toestand. We zien enkel patiënten met problemen nadat ze de problemen hebben ontwikkeld. Dus is er geen vergelijkingspunt.
Wanneer astronauten of kosmonauten in de ruimte komen, ervaren ze gedurende de eerste dagen behoorlijk wat duizeligheid en desoriëntatie. Maar ook bij het terugkeren op aarde, na zes maanden in het internationaal ruimtestation ISS verbleven te hebben, ervaren ze behoorlijk wat duizeligheid. Die toestand, die erg veel lijkt op die van duizelige patiënten in een acute fase, ebt binnen een paar uren tot een paar dagen weg. Kosmonauten die reeds eerder in de ruimte verbleven hebben, passen zich sneller aan. Dit komt door de neuroplasticiteit van onze hersenen.
Omdat kosmonauten zo’n duidelijke tekens van duizeligheid vertonen die ten gevolge van neuroplasticiteit binnen een paar dagen verdwijnen, ging ik ervan uit dat zij de ideale groep waren om te bestuderen, zowel voordat ze de ruimte in gaan als bij terugkomst. Als we dan beelden opnemen met geavanceerde diffusie NMR-technieken die de connectiviteit weergeven en we vergelijken de beelden van voor de ruimtevlucht, met deze van na de ruimtevlucht, dan kunnen we misschien vaststellen waar er verschillen optreden. Dat onderzoek zou dan mogelijk de gebieden kunnen aanwijzen in de hersenen waar integratie optreedt tussen verschillende sensorische signalen, komende van het evenwichtsorgaan, de proprioceptie en de ogen. Eén van de hypotheses is dat de ‘vestibulaire cortex’ mogelijk veranderingen ondergaan zou hebben, maar of dat effectief zo is, kan pas worden aangetoond met zo’n soort project. In september 2014 werd voor het eerst bij een Russische kosmonaut een dergelijk NMR-onderzoek uitgevoerd voor en na zijn ruimtevlucht. Dit in het kader van een internationaal project voor de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA (BRAIN-DTI-project), met ondersteuning van het Belgian Science Policy Office en Prodex en in samenwerking met de Russische Academie voor Wetenschappen.
Op basis van de kennis die we hieruit halen, kunnen we doelgerichter gaan kijken bij patiënten. In de nabije toekomst zal dit onderzoek ongetwijfeld verder evolueren en een belangrijk onderdeel worden bij het evenwichtsonderzoek.

 

Prof.dr. Floris Wuyts is gewoon hoogleraar Fysica aan de Universiteit Antwerpen en tevens hoofd van het Antwerps Universitair Research centrum voor Evenwicht en Aerospace (AUREA), dat zich situeert in het Universitair Ziekenhuis Antwerpen. Samen met een neus-, keel- en oorarts houdt hij wekelijks twee multidisciplinaire consultaties rond evenwichtsstoornissen op de dienst NKO. Wuyts geeft les aan de Universiteit Antwerpen, Universiteit Gent, University College London en King’s College London, en gaat met zijn team regelmatig naar Moskou voor het testen van kosmonauten voor en na hun ruimtevlucht.