Je leest:

Het oor van de hersenen meten

Het oor van de hersenen meten

Rebecca Schaefer wilde weten hoe onze hersenen reageren op muziek

Welke activiteit vertonen de hersenen bij het waarnemen en het je voorstellen van muziek? En kun je die kennis wellicht gebruiken om een brain-computer interface (BCI) te ontwikkelen, waar mensen met een zware handicap mee kunnen communiceren of de computer kunnen besturen? Met deze vragen begon Rebecca Saskia Schaefer in 2005 aan haar promotieonderzoek.

Rebecca scheafer c web
Ivar Pel, Utrecht

Rebecca Schaefer (geboren in 1976 te Amsterdam) is al sinds haar jeugd gefascineerd door het menselijk brein. Ze studeerde in 2003 af in de psychologie in Amsterdam en specialiseerde zich op klinische neuropsychologie. Daarna maakte ze een in die tijd zeer ongebruikelijke combinatie: neuropsychologie en muziek.

Schaefer: “Muziek is mijn tweede grote passie. Ik wilde weten hoe de activiteit van de hersenen is bij het waarnemen en het je voorstellen van muziek, en of je die kennis wellicht kunt gebruiken om patiënten te helpen. Ik heb toen doelbewust gezocht waar ik in Europa een masteropleiding in muziekcognitie kon doen, en belandde in Engeland.”

In 2004 was ze klaar met haar master, en kreeg de gelegenheid om in Chicago haar werk op een conferentie te presenteren. “Ik was zo enorm enthousiast over al die onderzoekers in mijn favoriete vakgebied, dat ik absoluut wilde promoveren!”

Rebecca scheafer 017 web
Ivar Pel, Utrecht

Het zoeken naar een geschikte onderzoeksplek duurde een jaar. Ze gebruikte die tijd om verdiepende colleges te volgen, onder meer over technieken voor metingen aan de hersenen zoals EEG’s. Daarna kwam ze terecht op een onderzoeksprogramma aan het Instituut voor Hersenen, Cognitie en Gedrag van de Radboud Universiteit Nijmegen. Het doel was, een braincomputer-interface (BCI) te ontwikkelen, waar mensen met een zware handicap – bijvoorbeeld verlamming – mee zouden kunnen communiceren of de computer zouden kunnen besturen.

Schaefer: “BCI is een heel interdisciplinair onderzoeksgebied. Je wilt hersensignalen gebruiken die je bijvoorbeeld meet in een EEG, om iets te kunnen zeggen over de intentie van iemand. Muziek lijkt hiervoor bij uitstek geschikt, omdat die zich ontvouwt over de tijd. Met een EEG meet je heel precies de hersenactiviteit in tijd. Dus het was mijn uitdaging om de hersensignalen zo te ontcijferen, dat we ze kunnen begrijpen. Het moeilijke hieraan is alleen dat iedereen anders is, en hersensignalen ook nog eens bij dezelfde persoon sterk kunnen variëren, bijvoorbeeld door de bui waarin iemand is, of doordat iemand net op dat moment hongerig is.”

Rebecca scheafer 026 web
Ivar Pel, Utrecht

De invloed van ritme

In het eerste jaar werd een meetopstelling gemaakt die de hersenactiviteit in een EEG registreert bij het horen van een metronoom. Het bleek dat de hersenen een monotoon tikkend signaal automatisch ordenen. Schaefer: “We zagen dat verschillende ritmische tikjes anders worden gestructureerd. Mensen gaan bijvoorbeeld door het zogenoemde klokeffect een reeks tikken waarnemen als tikjes met en zonder accent. Ze horen ‘tik’ en ‘tok’. Je kunt die verschillende interpretaties meten. Wij konden laten zien dat het brein een ander signaal toont voor verschillende ritmes van de tikken. Dat was nog niet eerder aangetoond.”

Tegelijk met de eerste eigen metingen ging Schaefer ook de meetgegevens van een onderzoeksgroep van de universiteit van Stanford analyseren. Die onderzoekers wilden oorspronkelijk kijken of het mogelijk is om toonhoogtes te classificeren, maar dat werkte slecht. Schaefer: “Het probleem is, dat zij de absolute toonhoogte wilden meten. Maar daarmee kom je niet ver, aangezien in muziek vooral veel relatieve verschillen belangrijk zijn. Wij gingen de data heel anders analyseren.”

Scheafer009
Ivar Pel, Utrecht

Het vernieuwende van Schaefers analyse was dat ze keek hoeveel specifieke muzikale aspecten bijdragen aan het gemeten signaal. De uitkomst was verrassend: ritme heeft een veel grotere invloed op de EEG-signalen dan de toonhoogte. En daar hadden de onderzoekers in Stanford niet naar gekeken. Het effect blijkt zowel voor te komen als iemand naar muziek luistert, als wanneer iemand zich een melodie voorstelt.

Schaefer: “Dat was een prachtig resultaat, aangezien het paste bij het eerdere onderzoek naar het klokeffect. Later zijn we naar complexere muziek gaan kijken. Het bleek mogelijk om op basis van hersensignalen te detecteren welk stukje muziek iemand hoort. We maakten een opstelling, waarbij proefpersonen uit zeven muziekfragmenten konden kiezen. Door de analyse van de EEG-signalen konden we in bijna driekwart van de gevallen voorspellen welk muziekfragment iemand beluisterde.”

Hoe iemand muziek interpreteert, blijkt van veel factoren af te hangen: bijvoorbeeld of iemand een muzikale achtergrond heeft of niet. Een professioneel musicus heeft een ander hersenpatroon dan mensen zonder muzikale training. “Muziek heeft allerlei aspecten: syntax, harmonie, ritme, emotionele verwerking en geheugen. Het is te vergelijken met taal. Je kunt aan de hersensignalen zien of mensen een muzikale training hebben gehad. Bepaalde opeenvolging van akkoorden vinden ze dan bijvoorbeeld ongebruikelijk, of je ziet dat ze de structuur van muziek begrijpen.”

Rebecca scheafer007 web
Ivar Pel, Utrecht

Kennis in de praktijk

In de laatste jaren van haar promotieonderzoek lukte het om de verschillende metingen met elkaar te combineren. “Soms had ik het gevoel dat ik het overzicht verloor, maar achteraf gezien trekt je eigen interesse het toch in een goede richting. Toen ik begon met de analyse van muziek en signaalverwerking van de hersenen was ik beginner, en dat voel ik nu zeker niet meer zo.”

“Wat me motiveert, is dat de kennis die we hier opdoen straks beschikbaar is voor patiënten.”

Inmiddels werkt Schaefer dankzij een Europese onderzoeksbeurs aan het Institute for Music in Human and Social Development (IMHSD) van de universiteit van Edinburgh. Ze kan nu de kennis uit haar promotieonderzoek in de praktijk omzetten, door te kijken hoe je metingen aan de hersenen tijdens muziekperceptie kunt gebruiken voor bewegingsrevalidatie.

“Dit was het eigenlijke doel van mijn promotieonderzoek, maar aan de toepassing ben ik tijdens mijn onderzoek niet toegekomen. Ik ben nu allerlei nieuwe dingen aan het leren, zoals functionele magnetische resonantie, waarmee je activiteit van de hersenen zichtbaar kunt maken in een driedimensionaal beeld. Ook houd ik me bezig met motion caption door middel van camera’s, waarmee je precies allerlei aspecten van beweging kunt meten. In het onderzoek werk ik met gezonde proefpersonen. Ik wil weten hoe het bewegen op een muzikaal ritme voor gezonde personen werkt. Het bevalt me goed dat dit instituut een erg praktische inslag heeft – het gaat om muziek, maar dan in een klinische context. Wat me motiveert, is dat de kennis die we hier opdoen straks beschikbaar is voor patiënten.”

Dit artikel is een publicatie van Technologiestichting STW.
© Technologiestichting STW, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 16 november 2012

Discussieer mee

0

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

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE