Gedachten leesbaar Neurologen decoderen hersengolven en herkennen toekomstige acties van tevoren

De eerste stappen om te lezen zijn klaar

Het voorspellen van andermans acties is tot nu toe een intuïtieve daad geweest. Dit zou snel kunnen veranderen, omdat een Oostenrijks onderzoeksteam met Nobelprijs winnende inzichten de denkpatronen van ratten ontcijferde. Zodat ze precies konden voorspellen wat de knaagdieren hierna zullen doen.

Een onderzoeksgroep van het Instituut voor Wetenschap en Technologie in Oostenrijk (IST Oostenrijk) was in staat om te voorspellen waar het dier vervolgens naartoe zal gaan, op basis van de neuronale activiteiten in het brein van de rat. De onderzoekers wisten zelfs van tevoren wanneer het dier een fout zou maken. De studieresultaten verschenen recent in het tijdschrift "Neuron".

Mind reading lijkt niet zo bizar te zijn als eerder werd gedacht. Het werkt al bij ratten. (Afbeelding: psdesign1 / fotoliacom)

Het GPS-systeem in ons hoofd

De basis van deze studie waren de bevindingen over de zogenaamde vierkante cellen in de hersenen, een soort geïntegreerd GPS-systeem. Deze onderzoeksresultaten zijn in 2014 bekroond met de Nobelprijs voor de Geneeskunde. In die tijd ontdekte een team onder leiding van neurowetenschapper John O'Keefe bepaalde cellen in de hersenen die een soort kaart van de omringende ruimte vormen en daardoor sterk bijdragen aan de oriëntatie. Voor mensen die veel gericht zijn, zoals taxichauffeurs, is ook een groter deel van deze ruimtecellen gevonden.

Lees de kaart in de hersenen

De Oostenrijkse onderzoeksgroep gebruikte deze bevindingen om te ontcijferen hoe ratten deze percelen precies gebruiken om zich te oriënteren. Gebaseerd op de gemeten hersenactiviteit van het knaagdier, konden de onderzoekers voorspellen waar de rat nu is en waar hij naartoe wil. Meer specifiek, de onderzoekers waren in staat om te bepalen waar de rat denkt dat het is, omdat de celsignalen soms niet overeenkwamen met de werkelijke locatie. "Dit geeft ons inzicht in wat het dier over de ruimte denkt", zegt onderzoeksleider Jozsef Csicsvari in een persbericht over de studieresultaten. Het team kon de manier ontrafelen die ratten denken om taken op te lossen die hun ruimtelijk geheugen nodig hebben.

Met GPS door het labyrint

Tijdens de experimenten renden de wetenschappers ratten door een labyrint. Er waren drie van de acht mogelijke manieren voedsel. In de eerste stap mochten de knaagdieren vrij bewegen in het labyrint om zich te oriënteren. Ondertussen werden hun hersenactiviteiten gemeten. Bij het tweede bezoek aan het labyrint kenden de ratten hun omgeving al. Hier kon het team laten zien hoe de dieren hun geheugen gebruiken om bij het eten te komen. "In feite kunnen we voorspellen welke arm de rat hierna zal betreden", zegt Csicsvari.

Referentie- en werkgeheugen

De onderzoekers waren in staat om twee verschillende mechanismen te detecteren van hoe de rat zich oriënteert. Ten eerste gebruikt het het referentiegeheugen om te onthouden welk pad beloningen bevat en welke niet. Bovendien controleert ze in het werkgeheugen welke paden ze al heeft voltooid. Van deze twee takken resulteert de huidige positie op een mentale kaart.

Zelfs ratten maken fouten

Op basis van hoe de neuronen in de hersenen van de rat schoten, konden de onderzoekers zien wat de rat in gedachten had. Bovendien kon het team bewijzen dat de viervoetige vrienden ook een aantal verkeerde wegen opmerkten. "Als de rat een fout maakt, onthoudt hij een willekeurig pad", legt Csicsvari uit. Het team wist al van tevoren wanneer de rat een fout zou maken.

Het referentiegeheugen is gemakkelijker te interpreteren

De onderzoekers beschrijven het referentiegeheugen als iets dat de hersenen gebruikt om plaatsen te vinden om te bezoeken. Daarentegen is het hoofdgeheugen veel abstracter. Het bevat veel individuele items, zoals een lijst, die zijn aangevinkt na een bezoek. "De hippocampus signaleert waarschijnlijk de prefrontale cortex waar de rat was, en de prefrontale cortex houdt bij welke objecten hij kan losmaken", vat Csicsvari samen. (Vb)