Onderzoekers hebben MRI-scans en een algoritme gebruikt om de stijfheid en drukbestendigheid van de hersenen van levende mensen te meten.
Menselijk hersenen zien eruit alsof ze van rubber zijn gemaakt, maar ze zijn zachter en vervormbaarder. Ze kunnen minder druk weerstaan dan bijvoorbeeld piepschuim en lijken wat dat betreft eerder op een drilpudding gemaakt van gelatine. Dat ontdekte engineer Nicholas Bennion van de Universiteit van Cardiff in het Verenigd Koninkrijk. Samen met zijn collega’s ontwikkelde hij een methode om de fysieke eigenschappen van de hersenen te meten terwijl ze nog in levende mensen zitten.
Materiaaleigenschappen
Artsen wisten wel al iets over hoe hersenweefsel reageert op druk, bijvoorbeeld wanneer het wordt aangeraakt door instrumenten. Maar het meeste van die informatie komt van hersenoperaties en is afkomstig van breinen waarin is gesneden, of het komt van breinen die zelfs zijn verwijderd en geconserveerd in chemicaliën. Die omstandigheden kunnen de stijfheid en veerkracht van het weefsel beïnvloeden.
Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’
Dylan van Arneman verruilt een paar keer per jaar zijn werkkamer op het Science Park in de Watergraafsmeer voor de ondergrond ...
De onderzoekers maakten nu MRI-scans van mensen die eerst met het gezicht naar beneden in de scanner lagen, en daarna met het gezicht omhoog. Dit om de hersenen in de schedel een beetje te doen verschuiven. Door deze gegevens te analyseren met een zelflerend algoritme, konden ze verschillende materiaaleigenschappen berekenen van de hersenen, en ook van de weefsels waarmee ze met de schedel verbonden zijn. Zo konden ze bepalen hoeveel de hersenen inzakken als je erop drukt, hoe ze reageren als ze opzij worden geduwd, en hoe veerkrachtig de bindweefsels zijn.
‘Als je een brein neemt dat op geen enkele manier geconserveerd is, is de stijfheid ongelooflijk laag. Het valt gemakkelijk uit elkaar. Het is veel zachter dan de meeste mensen beseffen’, zegt Bennion.
Drilpudding
Het team stelde vast dat de stijfheid van ons brein onder zijwaartse krachten ongeveer een duizendste is van die van rubber. Het hersenmateriaal is tot tien keer vervormbaarder dan piepschuim, vergelijkbaar met de vervormbaarheid van een drilpudding.
Het algoritme berekende dat de weefsels die de hersenen met de schedel verbinden ook vrij zacht zijn. Mogelijk beschemt dat de hersenen tegen abrupte bewegingen.
Onderzoekers weten al lang dat hersenen zacht en breekbaar zijn. Maar de nieuwe studie is nauwkeurig genoeg om verfijnde chirurgische procedures te verbeteren, zegt hoogleraar bio-engineering Ellen Kuhl van de Stanford Universiteit in Californië.
Contactsport
De nieuwe methode onthult niet hoe de hersenen vervormen tijdens bewegingen die heftiger zijn dan alleen het verschuiven van posities, zoals hoofdletsel bij een contactsport of een verkeersongeluk, zegt materiaalwetenschapper Krystyn Van Vliet van het Amerikaanse MIT. In deze situaties kan de vloeistofstroom in de hersenen de materiaaleigenschappen veranderen.
Het team hoopt dat het model nu kan worden gebruikt om voor elke patiënt op basis van MRI-scans te voorspellen welke hersenverschuivingen tijdens de operatie kunnen optreden. Daarmee zou een eind kunnen komen aan het herhaaldelijk inbrengen van instrumenten in de hersenen tot ze op de juiste plaats terechtkomen. De procedures zouden daardoor minder invasief worden.
