Je leest:

Eerst zien, dan horen

Eerst zien, dan horen

Auteur: | 22 maart 2005

Een adembenemende scène uit The silence of the lambs. In een pikdonkere kelder zoekt agente Clarice Starling de seriemoordenaar Buffalo Bill. Hij staat echter vlak achter haar. Als zij hoort dat hij zijn geweer laadt, draait ze zich razendsnel om en schiet hem neer.

‘Het visuele systeem is dominant over het auditieve systeem’, vertelt de Nijmeegse biofysicus John van Opstal. ‘Wij hebben dat aangetoond met een speciale bril die de omgeving vervormde. Negen proefpersonen, waaronder ikzelf, liepen enkele dagen met zo’n bril op. Het gekke was dat we toen niet meer konden horen waar geluid precies vandaan kwam. Maar na een paar dagen namen we geluid waar op plaatsen die overeenkomen met de vervormde wereld. Onze hersenen combineren horen en zien, we hadden foutief aangeleerd waar geluid vandaan komt. Niet alleen is richtinghoren kennelijk plastisch – het brein past zich aan – maar ook konden we concluderen dat het auditieve systeem het visuele systeem volgt!’

Deze vinding legde de basis voor de VICI-subsidie van 1,25 miljoen euro die Van Opstal eind december toegewezen kreeg. Daarmee wil hij zijn vermoeden aantonen dat de plaats van het geluid en het aantal geluidsbronnen pas in de hersenschors bepaald wordt, en niet in de meer basale middenhersenen.

Het lijkt er namelijk sterk op dat de hersenen zintuiglijke informatie op elkaar afstemmen om zo te komen tot één voorstelling van de omgeving. Andere onderzoekers hebben een vergelijkbaar brillenexperiment gedaan bij uilen en fretten en ook daar blijkt dat de hersenen zich aanpassen als oog en oor verschillende informatie geven. Bij uilen (nachtdieren) en mollen (vrijwel blind) is het auditieve systeem – logischerwijs – dominant over het visuele.

Dat bij ons het auditieve systeem het visuele systeem volgt, doet vermoeden dat verwerking van geluid – zoals het bepalen van aantal en plaats van de geluidsbronnen – plaatsvindt in hersendelen waarin ook informatie van het oog binnenkomt – hogere verwerkingscentra dus zoals de hersenschors.

Om dat vast te stellen gaat Van Opstal vijf resusapen voorzien van micro-elektrodes in de hersenen die de activiteit van een enkele zenuwcel kunnen meten. De aap krijgt operatief een minuscuul gaatje in de schedel dat steriel afsluitbaar is. Tijdens experimenten brengt de Nijmeegse biofysicus er een haardunne elektrode in – een volledig pijnloze procedure.

‘Eerst moeten we de aap trainen om te kijken naar waar het geluid vandaan komt. Dat zal een paar maanden duren. Ieder van ons traint een eigen aap. Een dag voor het experiment krijgt hij nauwelijks water. Op de ochtend van het experiment rijden we hem – gewoon met een karretje over de gang – naar onze geluids- en lichtdichte kamer. Eerst leren we hem met een hendel te reageren op licht, de beloning is een druppel water. Daarna moet hij leren om precies te kijken naar de plaats van een lichtflits. Vervolgens gaan we over op geluid.’

Een neurale code

Met zijn subsidie wil Van Opstal ook de neurale code kraken voor het horen. ‘Er moet een soort morsecode van actiepotentialen zijn die geluidsinformatie doorgeeft. Is dat het aantal potentialen, of de precieze timing van een hele reeks?’ Voor het gehoor is dat nog niet eerder onderzocht. Van de neurale verwerking van visuele prikkels is al meer bekend. Neurobioloog Bill Newsome van Stanford University kan zelfs aan de hand van de neurale activiteit voorspellen of een aap een object wel of niet gezien heeft.‘Voor oogbewegingen hebben we reeds een goed idee hoe de neurale code werkt,’ beweert Van Opstal. ‘Daarin is het aantal actiepotentialen bepalend. Het resultaat is nog niet gepubliceerd maar komt erop neer dat de cellen in de colliculus superior in de middenhersenen een kaart van de omgeving vormen. Als het oog zich naar een punt rechtsboven beweegt, komt dat omdat de bijbehorende groep cellen in de ’kaart’ in de colliculus superior de meeste actiepotentialen ontvangt.’

Kleine spoeltjes aan de buitenkant van het hoofd kunnen meten of hij de goede richting op kijkt. De elektrode in zijn hersenen meet de activiteit van één zenuwcel, maar ook kan Van Opstal er die zenuwcel mee stimuleren. Hij gaat zowel in de hersenschors als in de middenhersenen meten. Als de ogen naar rechtsboven bewegen ontstaat er een ander patroon aan actiepotentialen dan als de ogen naar linksboven bewegen. Van Opstal gaat na welke patronen dat zijn, en waar ze optreden.

Ambitieus is de poging om de apen hun hoofd vrij te laten bewegen tijdens de registratie. ‘Het moet kunnen, elders is het al gedaan. Tijdens het interview bij de procedure voor de VICI-beurs werd me gevraagd: “En wat als het niet lukt?” Dat kan niet, heb ik geantwoord. Opgeven komt bij ons niet voor.’

Hoe bereikt geluid de hersenen?

Geluid dat het trommelvlies bereikt, worden via de gehoorbeentjes hamer, aambeeld en stijgbeugel doorgegeven aan de vloeistof in het slakkenhuis (de cochlea). De drukgolf in het slakkenhuis brengt daar het basilair membraan in beweging, hoge tonen (15000 Hz) vooraan, lage tonen (250 Hz) achterin. Hier wordt het geluid in afzonderlijke tonen uiteengerafeld en dat blijft zo tot in de hersenschors. Over de hele lengte van het basilair membraan liggen haarcellen die de trilling oppikken en doorgeven aan de auditieve zenuw. Deze mondt uit in de cochleaire nucleus in de hersenstam. Iedere toonhoogte heeft een eigen zenuwcel in de cochleaire nucleus. Op dit niveau is dus alleen het geluidsspectrum bekend, nog niet wát de geluidsbron is (een stem, een telefoon). Een ander gebiedje in de hersenstam, de mediale superior olijfkern, helpt bij het richtinghoren. In deze olijfkern komen actiepotentialen binnen van de twee cochleaire nuclei, van het linker- en het rechteroor. Het tijdsverschil tussen deze signalen geeft aan in hoeverre het geluid van links of van rechts kwam. Daarna gaan de geluidssignalen letterlijk en figuurlijk naar hogere verwerkingscentra: eerst naar de middenhersenen en vervolgens naar de hersenschors. Nog onduidelijk is welk deel van het brein de locatie van het geluid vaststelt. Van Opstal vermoedt dat geluid pas in de hersenschors geïdentificeerd wordt.

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 22 maart 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.