Onze bedrading loopt niet diagonaal of met bochtjes, maar recht toe, recht aan. En dat is een stuk simpeler dan gedacht.

Dat schrijven onderzoekers in het blad Science. Ze vergelijken ons brein met New York, waar straten ook geen bochtjes of diagonalen kennen, maar enkel recht toe, recht aan lopen en elkaar met hoeken van negentig graden kruisen. “Ons brein is geen wirwar van draden,” concludeert onderzoeker Van Weedeen in een persbericht. “We ontdekten dat het brein bestaat uit parallel lopende en loodrechte vezels die elkaar op een overzichtelijke wijze kruisen. Het vinden van zo’n simpele organisatie in de voorhersenen van hogere dieren was totaal onverwacht.”

Plooi
De onderzoekers baseren hun conclusies op een grondige analyse van het brein. En dat was nog niet zo gemakkelijk. Want de menselijke cortex (de buitenste laag van het brein) heeft allerlei plooien, hoeken en gaten. Dat maakt het lastig om de structuren van verbindingen in kaart te brengen. Onderzoekers hebben dat eerder al wel geprobeerd. Bijvoorbeeld door chemicaliën in het brein van dieren los te laten en deze te volgen. Maar deze techniek kon nooit bij mensen worden toegepast en dus bleef onduidelijk hoe het menselijk brein precies georganiseerd was.

Op deze afbeelding is de structuur van de banen van het zenuwstelsel van een resusaap te zien. Afbeelding: Van Wedeen, M.D. / Martinos Center for Biomedical Imaging / Massachusetts General Hospital.

DSI
Wedeen en zijn onderzoeksteam hebben daar iets op bedacht. Ze gebruikten een techniek die Diffusion Spectrum Imaging (DSI) wordt genoemd. Hiermee konden ze de oriëntatie van vezels die elkaar op een ‘kruispunt’ tegenkomen, achterhalen. En zo werd ook duidelijk hoe de ‘wegenkaart’ van het brein er uitzag. De onderzoekers lieten die techniek los op vier soorten apen: resusapen, nachtaapjes, marmosetten en galago’s. Ook bestudeerden onderzoekers het brein van mensen.

Weefsel
Uit het onderzoek blijkt dat het brein heel geometrisch georganiseerd is. Het lijkt wel een weefsel. “Ik denk niet dat iemand had verwacht dat het brein zo’n overtuigend geometrisch patroon zou hebben,” stelt Wedeen. Maar ergens is het wel logisch. “Het oude beeld van het brein als een wirwar van duizenden niet met elkaar verbonden draden slaat vanuit een evolutionair oogpunt nergens op. Hoe kan natuurlijke selectie elk van deze draden efficiënter maken? De eenvoud van deze structuur is de reden dat het zich kan aanpassen aan de willekeurige geleidelijke veranderingen door evolutie.” Het is voor een eenvoudige structuur immers veel gemakkelijker om te veranderen en zich aan te passen. Niet alleen als het gaat om evolutionaire veranderingen, maar ook om veranderingen die ontstaan doordat we ons ontwikkelen of omdat ons brein beschadigd is geraakt.

Het onderzoek draagt bij aan de ontwikkeling van de meest krachtige hersenscanner ooit. Deze scanner kon voor de studie zo’n 25 procent van de hersenstructuur zien. Door wijzigingen die naar aanleiding van dit onderzoek zijn aangebracht kan de scanner nu 75 procent zien.