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