Cognitieve problemen voorspellen
Vaatschade aan de witte stof in de hersenen kan voor allerlei problemen zorgen, bijvoorbeeld in de taal of het geheugen van mensen. Onderzoekers van het UMC Utrecht hebben slimme software ontwikkeld die aan de hand van hersenscans van dit soort schade kan voorspellen met welke problemen patiënten te maken gaan krijgen. Het model is in eerste instantie vooral bruikbaar voor patiënten die op de geheugenpoli komen, en die dus vaak al klachten hebben. Later hopen de onderzoekers de software ook toe te kunnen passen op mensen die nog nergens last van hebben.
De witte stof is het ‘glasvezelnetwerk van de hersenen’ waar de informatiestromen doorheen lopen. Het bestaat uit de uitlopers (axonen) van zenuwcellen, met daaromheen een vette witte substantie die myeline heet. Myeline is een soort isolatiemateriaal dat de axonen beschermt. Het is vergelijkbaar met het plastic omhulsel van glasvezelkabels.
Geavanceerd algoritme
Hoe ouder mensen worden, des te meer de witte stof in hun hersenen beschadigt. Maar de ene beschadiging is de andere niet. “Soms hebben mensen veel witte stof-schade, en hebben ze daar geen last van”, legt neuroloog en onderzoeker Matthijs Biesbroek uit. “Andere keren functioneren mensen minder goed dan voorheen, terwijl ze relatief weinig schade aan hun witte stof hebben.” Het is vooral belangrijk wáár de schade zit, niet zozeer hoeveel schade er is.
Tot nu toe was het niet mogelijk om te bepalen welke gevolgen schade aan de witte stof voor individuele patiënten heeft, omdat het niet duidelijk was wat de belangrijkste knooppunten zijn. Onderzoekers van het UMC Utrecht hebben deze kritieke punten in kaart gebracht. Ze ontwikkelden op basis van die informatie slimme software die hersenscans kan analyseren. De software kan voorspellen met welke klachten individuele patiënten te maken gaan krijgen, en of ze bijvoorbeeld het risico lopen dementie te ontwikkelen.
Mirthe Coenen en Matthijs Biesbroek
Belangrijke banen
De witte stof is in het brein georganiseerd in verschillende banen. “Om te bepalen welke van deze witte stofbanen belangrijk zijn, en welke minder belangrijk, hadden we een grote groep patiënten nodig”, vertelt Matthijs. Van de patiënten moesten niet alleen hersenplaatjes zijn gemaakt, ze moesten ook cognitieve testen hebben gedaan. In totaal gebruikten de Utrechtse onderzoekers de gegevens van 3.525 patiënten uit Europa, Azië en de Verenigde Staten.
De onderzoekers keken naar wat schade aan twintig verschillende witte stofbanen met patiënten deed. “Uit onze analyse kwamen vier banen naar voren die duidelijk het belangrijkst zijn voor ons functioneren”, zegt neuroloog in opleiding en promovenda Mirthe Coenen. “Ik bedoel daarmee ons geheugen, onze taal, de snelheid waarmee we informatie verwerken, en wat we onze ‘executieve functies’ noemen. Dat zijn de hogere cognitieve processen die nodig zijn om activiteiten te plannen en te sturen.”
Software ontwikkelen
“Door alleen te kijken naar deze vier belangrijke witte stof-banen, lijken we heel goed te kunnen voorspellen welke problemen iemand krijgt”, vervolgt Mirthe. “De totale hoeveelheid schade doet er veel minder toe.” En het nieuwe Utrechtse model heeft nog ander voordeel: het kan worden toegepast op hersenscans die standaard op elke geheugenpoli worden gemaakt. Mirthe: “We kunnen deze nieuwe technologie dus snel inzetten voor de behandeling van onze patiënten.”
Om de voorspellingen te doen, is dus wel slimme software nodig. De software analyseert hoeveel schade aan de witte stof patiënten hebben, en waar die schade precies zit. Met het blote oog kun je dat niet goed zien. Op dit moment ontwikkelen de onderzoekers nieuwe software die alle stappen in het proces volledig automatisch kan doorlopen. Ze hebben zelfs plannen om artificial intelligence te gebruiken om het programma het vermogen te geven om te leren. Naar verwachting is de software begin 2023 klaar.
De resultaten van dit onderzoek zijn recent gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Alzheimer's & Dementia.
