Universiteit Twente

Persberichten > Nieuw > 01-066

01-066 22-11-2001

Uiterst selectief stimuleren van zenuwcellen

Beter contact met de zenuw

Het kunstmatig stimuleren van zenuwcellen kan met veel minder stroom dan gedacht. Ook is het mogelijk direct het succes van de stimulatie en de kwaliteit van het contact te meten zonder de zenuwcellen onherstelbaar te beschadigen. De `neuro-elektronische interface' wordt daarmee een stuk selectiever. Dit is belangrijk in methoden voor het herstel van beschadigde lichaamsfuncties, en voor onderzoek naar de werking van het zenuwstelsel. Promovendus ir. Jan Buitenweg concludeert dit in zijn promotie-onderzoek, waarin hij er, veel beter dan voorheen, is geslaagd ieder neuron aan te sluiten op zijn eigen elektrode. Buitenweg promoveert op 23 november aan de faculteit Elektrotechniek van de Universiteit Twente.

`Plus en min verwisselen' bleek een belangrijke vondst in het onderzoek van Buitenweg. Door de richting van de elektrische stroom om te keren, bij stimulatie van een individuele zenuwcel (neuron), bleek het mogelijk een veel lagere stroomsterkte toe te passen. Buitenweg kwam hier bij toeval achter toen hij de kwaliteit wilde meten van het neuron-elektrode contact. Hij ontdekte al snel waarom dit niet eerder aan het licht kwam: "Bij een omgekeerde stroom is stimulatie niet alleen gebonden aan een minimumstroom, maar ook aan een maximum. Daarboven gebeurt er niets. Bij eerdere experimenten viel de stroomsterkte net buiten dit venster." Door erbinnen te blijven was het wèl mogelijk een neuron te activeren, te laten `vuren'.

Levend
Buitenweg heeft experimenten uitgevoerd met levende netwerken van zenuwcellen, gekweekt op een speciaal array van micro-elektroden. Wat gebeurt er in zo'n netwerk, spontaan en na elektrische stimulatie? Buitenweg: "Tot nu toe wordt vaak gemeten dàt er iets gebeurt in een netwerk, maar niet wáár precies, in welk neuron. Ik ben ervan overtuigd dat je voor een goed inzicht in het netwerkgedrag een beter gecontroleerde interface nodig hebt." In de ideale neuro-elektronische interface vindt tweerichtingverkeer plaats tussen de levende en de kunstmatige wereld. Om het contact te verbeteren heeft Buitenweg gekeken naar de geïsoleerde situatie van neuronen zonder uitloper. In werkelijkheid hebben neuronen elkaar nodig, en leven ze niet lang zonder uitloper. Maar de wirwar van axonen kan het contact wel beïnvloeden. In het beste contact dekt het neuron de elektrode helemaal af, als een pannenkoek op een bord.

Verfijnd
Buitenweg heeft behalve experimenten ook een ruimtelijk model ontwikkeld dat inzicht geeft in het contact. Zijn onderzoek levert belangrijke uitkomsten om te kunnen meten wat er gebeurt in een levend netwerk, en te onderzoeken hoe dit gedrag is te beïnvloeden. Uiteindelijk zal het mogelijk zijn om één op één te stimuleren. Elektrische stimulatie van zenuwen, gebeurt nu ook al, maar dan extern, bijvoorbeeld via elektroden vlak buiten de zenuw of op de huid. Dit is een vrij grove manier, waarbij honderden zenuwcellen tegelijk worden aangestuurd. Om lichaamsfuncties te herstellen na bijvoorbeeld verlamming is een selectievere manier nodig. Zulke verfijnde implanteerbare elektroden-arrays zijn er volgens Buitenweg voorlopig nog niet: "Maar het verbeterd begrip van het contact tussen zenuwcellen en elektroden brengt ons wel dichter bij dit doel."

Het neurotechnologisch onderzoek, onder leiding van dr. Wim Rutten, vindt binnen de UT plaats in het Biomedisch Technologisch Instituut (BMTI). Ook heeft Buitenweg nauw samengewerkt met onderzoekers van de Universiteit Leiden en het Nederlands Instituut voor Hersenonderzoek in Amsterdam.

Een gekweekt netwerk op een elektrode-array (l) en individuele neuronen op een elektrode (r)

Noot voor de pers
Ir. Jan R. Buitenweg promoveert op 23 november op het proefschrift `Electrical behaviour of the neuron-electrode interface'. Bij zijn promotie (15.00 uur, bestuursgebouw) is prof.dr. E. Marani promotor en dr. W.L.C. Rutten assistant-promotor.

Contactpersoon Universiteit Twente, Bureau Communicatie: ir. W.R. van der Veen, tel. (053) 489 4366, e-mail w.r.vanderveen@bc.utwente.nl

© Universiteit Twente 1997-2000