Een hele tijd lang is het levende brein een ongrijpbaar mysterie geweest. En het is nog helemaal niet zo lang geleden dat daar verandering in kwam. “Het probleem dat men aanvankelijk met de hersenen had is dat ze opgesloten liggen binnen de benige begrenzingen van de schedel”, aldus prof. dr. Mark van Buchem in zijn inaugurele rede. Met de gebruikelijke röntgentechnieken kwam men niet veel verder, want “die leveren slechts informatie op over het schedelbot, en niet over de hersenen”, aldus de hoogleraar

Neuroradiologie

Een manier om toch informatie over de hersenen te krijgen, was het vergroten van het contrast binnen de schedel. Dit kon men doen door te zorgen dat de verschillen in dichtheid heel groot waren. Men had hiervoor een onaangename en beperkte methode bedacht: het inspuiten van lucht in de ruimte van het hersenvocht. “De lucht verspreidde zich rond de hersenen en dat kon op röntgenfoto’s waargenomen worden. Zo werd een afgietsel van de hersenen verkregen.” De methode was zeker niet ideaal. Een andere manier was het inspuiten van een contrastmiddel, zodat de hersenvaten zichtbaar werden. Ook deze methode voldeed niet echt: “Het leverde slechts schaduwbeelden van de hersenen op.”

Grijze blokjes

Het duurde tot 1971 voordat sir Godfrey Hounsfield de eerste directe afbeeldingen van levend hersenweefsel maakte. Dat deed hij met computertomografie, kortweg CT genoemd. Voor deze methode werd gebruik gemaakt van een rekenkundig model dat Hounsfield had ontwikkeld. Hiervoor waren verschillende dichtheidsprofielen van de schedel nodig, die men kreeg door röntgenbeelden vanuit verschillende hoeken te nemen. Het hersenweefsel was nu te zien als een verzameling blokjes met een verschillende grijswaarde. “Met behulp van deze techniek werd de contour van de hersenen ingevuld: de hersenen kregen een gezicht”, zegt Van Buchem.

In 1976 kwam men met de ontwikkeling van Magnetic Resonance Imaging (MRI). Met deze techniek kon men ‘de vele gezichten van de hersenen waarnemen’. MRI is momenteel de meest gebruikelijke methode als het om hersenonderzoek gaat. Voor deze methode maakt men gebruik van een magnetisch veld en radiogolven. Door kleine variaties in het magnetisch veld en de radiogolven aan te brengen, krijgen we informatie over het weefsel van de hersenen. Het belangrijkste aan deze methode is dat men informatie kan verkrijgen zonder ook maar enige schade toe te brengen aan het lichaam. Het belang hiervan wordt nog sterker verduidelijkt als men denkt aan al het wetenschappelijk onderzoek aan de hersenen. Hiervoor heeft men immers vaak vrijwilligers nodig, die vaak liever niet meewerken als het onderzoek voor hen nadelig kan zijn. Dankzij MRI is dit geen punt meer.

Gedachten lezen

Met behulp van MRI is een heleboel informatie over de hersenen te achterhalen. Zo is de hersendoorbloeding te bepalen, en hoe die verandert als we specifieke taken, zoals spreken en herinneren, uitvoeren. “We kunnen mensen als het ware zien denken”, verklaart Van Buchem. “Maar, wees gerust, wàt mensen denken blijft voorlopig nog onzichtbaar.” Met MRI kunnen we tevens afwijkend hersenweefsel opsporen. Het opsporen van dat afwijkende weefsel is echter niet altijd even makkelijk. In de dagelijkse praktijk worden MRI-beelden met het blote oog bekeken en geïnterpreteerd. Hiervoor is een geoefend oog nodig. “Anders kunnen beelden tot de wildste speculaties aanleiding geven.” Maar ook een geoefend oog is natuurlijk beperkt. “De zwakte schuilt in de kwantificatie van zichtbare afwijkingen. Op grond van die zwakte zijn bepaalde alledaagse vragen moeilijk te beantwoorden.” Van Buchem noemt een voorbeeld: “Hoeveel afwijkingen in de witte stof zijn er zichtbaar bij deze patiënt?” Hier kan men slechts ‘weinig’ of ‘veel’ op antwoorden. Zo’n antwoord is natuurlijk erg subjectief. Dit maakt het zeer moeilijk om bijvoorbeeld veranderingen van het hersenweefsel in de tijd waar te nemen. Om objectieve antwoorden te geven op de vraag, zijn kwantitatieve maten nodig, getallen dus. Bewerking van het beeld dat MRI oplevert kan die getallen leveren.

Het blote oog

Een probleem met het kwantificeren van afwijkingen is dat niet alle hersenaandoeningen aanleiding geven tot afwijkende contrasten in de hersenen. “Er zijn ook aandoeningen die alleen maar gepaard gaan met veranderingen in vorm en volume van bepaalde hersendelen. Wat ons parten speelt als we met het blote oog zoeken naar dergelijke afwijkingen is de normale variatie. De grootte, vorm en verdeling van grijze en witte stof van de hersenen is net zo individueel bepaald als bijvoorbeeld het menselijk gezicht. En net zoals bij het menselijk gezicht wordt het aanzien van de hersenen niet alleen bepaald door aangeboren kenmerken, maar ook door de leeftijd. Subtiele veranderingen verdwijnen voor het blote oog in de ruis van de normale variatie.”

Een oplossing voor dit probleem is normalisatie. “De hersenen worden daarbij virtueel zodanig vervormd, dat zij passen op de mal van een imaginair standaardbrein. Met deze stap raakt men variatie in grootte en vorm kwijt. Wat men dan overhoudt is variatie in de verdeling van grijze en witte stof in de hersenen. Het verschil tussen normale en abnormale variatie kan vastgesteld worden door een gemiddeld brein van een groep patiënten te vergelijken met het gemiddelde brein van een gezonde controlegroep. Zo zijn bij patiënten met schizofrenie subtiele afwijkingen in de hersenen aangetoond, die bij beoordeling van individuele patiënten onzichtbaar zijn.” Dankzij deze methode blijkt in toenemende mate dat psychiatrische aandoeningen het gevolg zijn van een “weeffout in de hersenen”.

Oud en jong

Om hersenaandoeningen op te sporen die op een kwalitatief MRI-beeld niet meer te vinden zijn, ontwikkelde men meerdere kwantitatieve MRI-technieken, waaronder Magnetization Transfer Imaging (MTI). Met behulp van deze techniek kan van iedere grijswaarde van een pixel een ratio berekend worden, de MT-ratio. “Als alle pixels van de hersenen samen genomen worden en de MT-ratio’s van de hersenen als histogram weergegeven worden, dan is de piekhoogte van zo’n histogram een goede maat voor de integriteit van de hersenen.” Uit onderzoek bleek dat de maat voor weefselschade die men met behulp van MTI kan krijgen, goed overeenkomt met het functioneren van de hersenen van een patiënt. Ook het ouder worden van de hersenen is met MTI te onderzoeken. Uit de Leiden 85-plus studie is gebleken dat ouderen zich onderscheiden van jongeren door een verandering in MTI-maten. En ook tussen geestelijk zeer gezonde ouderen en demente ouderen kon men een verschil zien. Met behulp van MTI kan de veroudering van de hersenen dus goed gevolgd worden.

Nu de patiënt nog

Van Buchem verklaart dat hij zich de afgelopen jaren “bewust is geworden van de kracht van beeldbewerkingtechnieken en kwantitatieve MRI-technieken”. Tegelijkertijd verbaast hij zich erover dat de patiënten die hij tijdens zijn klinisch werk tegenkwam niet konden profiteren van die technieken. “En dat terwijl ik de gevallen waarbij deze technieken waardevolle aanvullende informatie zouden kunnen geven dagelijks zag passeren.” Hij geeft hier enkele oorzaken voor. Het ontbreken van gebruikersvriendelijke software, het gebrek aan stabiliteit van MRI-apparatuur en een cultureel probleem, te weten: radiologen zijn gewend met beelden om te gaan, en niet met getallen. “Ik ben ervan overtuigd dat deze impasse doorbroken kan worden als radiologen, wetenschappers en bedrijven de handen ineenslaan.” Het ontwikkelen van toegankelijke technieken is van groot humanitair belang. “Bovendien is het een goede manier om Nederland als kennisland te profileren.”