Stel je voor: we kunnen nu letterlijk meekijken hoe je hersenen reageren op een zonnige dag of een onverwachte rekening. Decennialang was de wens om de hersenactiviteit in levenden lijve te zien een soort heilige graal in de neurowetenschappen. Maar traditionele methoden, zoals het belichten met lasers, leverden vaak vervormde beelden en beschadigden de delicate cellen. Dit probleem is nu, dankzij een slimme truc, verleden tijd.
Als je dacht dat we al alles wisten over de werking van ons brein, bereidt je dan voor op een verschuiving. Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld waarbij de neuronen zélf het licht produceren, waardoor we activiteit op celniveau kunnen registreren zonder de nadelen van externe verlichting. Dit is fundamenteel anders dan hoe we voorheen keken.
Het einde van de 'luminescente' ruis
Tot voor kort draaide de standaardmethode om fluorescentie. Je schijnt met een externe lamp op het brein – denk aan een sterke zaklamp in een mistige kamer. Het weefsel reflecteert dat licht, en dat ‘terugkaatsende’ licht moet worden gemeten. Professor Christopher Moore van Brown University legde het simpel uit: "Met fluorescentie schijn je op iets en vang je het licht op dat terugkomt."
De nadelen van de oude methode
Vooral bij langdurige studies, zoals het volgen van leerprocessen, liepen onderzoekers tegen muren aan:
- Fotobleaching: De fluorescerende moleculen ‘branden op’ door de constante blootstelling aan fel licht en stoppen met werken.
- Schade: Sterke lichtbundels kunnen het fragiele hersenweefsel beschadigen (fototoxiciteit).
- Verstrooiing: Hersenen zijn vloeibaar en verstrooien licht, waardoor diepe structuren wazig worden. Denk aan proberen een heldere foto te maken door een dikke Nederlandse kaas heen.
De slimme oplossing: bioluminescentie
Het nieuwe gereedschap, ontwikkeld aan het Carney Institute for Brain Science, heet CaBLAM (Ca2+ BioLuminescence Activity Monitor). Het idee is radicaal: laat de hersencellen hun eigen lampjes aandoen.
Bij bioluminescentie wordt licht intern gegenereerd wanneer een enzym een klein molecuul afbreekt. Dit is alsof elke cel een eigen, uiterst gevoelige gloeilamp is die pas aangaat bij activiteit (specifiek bij een toename van calciumionen).
Wat betekent dit in de praktijk? Geen externe verlichting betekent geen fotobleaching en geen weefselschade. De neuronen gloeien op tegen een pikzwarte achtergrond. Hierdoor is het signaal veel schoner en gedetailleerder. Nathan Sanner, de ontwikkelaar van de moleculaire machine achter CaBLAM, creëerde iets dat ‘zijn naam eer aandoet’.
Wat je nu kunt zien dat voorheen onmogelijk was
Met CaBLAM kunnen wetenschappers nu gedrag in levende proefdieren gedurende vijf uur ononderbroken vastleggen. Dit opent de deur naar het bestuderen van volledige leertrajecten, in plaats van slechts flitsen van activiteit.
Mijn eigen fascinatie ligt in hoe dit de studie van complex gedrag verandert. Als je leert hoe je de perfecte tosti maakt (een oer-Hollandse noodzaak!), of hoe je die ene lastige Nederlandse grammatica leert, gaat het om lange processen. Nu kunnen we die processen van begin tot eind observeren, cel voor cel.
- Cel-voor-cel zichtbaarheid: Individuele neuronale ‘ontladingen’ worden zichtbaar.
- Duurzaamheid: Opnames duren uren, niet minuten.
- Invasiviteit verminderd: Minder noodzaak voor complexe laserapparatuur.
Kijken verder dan het brein
Hoewel de focus nu ligt op de hersenen, zien de ontwikkelaars bredere toepassingen. De verbeterde helderheid van deze calcium-sensoren betekent dat dit principe ook ingezet kan worden om activiteit in andere delen van het lichaam te monitoren. Denk aan het gelijktijdig volgen van processen in spieren en zenuwen, iets wat voorheen logistiek bijna onuitvoerbaar was.
Dit is geen kleine stap; het is een fundamentele verbetering in onze gereedschapskist om het menselijk functioneren te begrijpen. De mogelijkheid om de biologie op zo’n precieze, niet-destructieve manier te bekijken, voelt bijna alsof we ons eigen biologische handleiding hebben herschreven.
Wat denk jij, op welk gebied zou deze techniek het eerst een doorbraak forceren: gedragsstudies, geneeskunde of misschien zelfs de ontwikkeling van kunstmatige intelligentie?
