Groeidiagrammen voor het brein geven inzicht in hersenziekten Onderzoekers maken referentiemodel voor ontwikkeling menselijk brein

Onderzoekers van het Radboudumc hebben een set groeidiagrammen voor de hersenen ontwikkeld. Deze 'hersengrafieken' bieden referentiemodellen voor de ontwikkeling en veroudering van de hersenen gedurende het hele leven, op basis van een enorme dataset. De modellen zijn geschikt om voor elk individu persoonlijke voorspellingen te doen die relevant zijn voor vele hersenaandoeningen, en hebben daarom een groot klinisch potentieel. De software en modellen zijn online beschikbaar. Het werk is gepubliceerd in eLife.

"Bijna iedereen kent de groeidiagrammen waarmee artsen de ontwikkeling van kinderen meten, bijvoorbeeld de groeidiagrammen die zijn ontwikkeld door de Wereldgezondheidsorganisatie," zegt Andre Marquand, onderzoeker bij de afdeling Cognitieve Neurowetenschappen van het Radboudumc. "Artsen wereldwijd zetten bijvoorbeeld het lichaamsgewicht of de lengte uit tegen de leeftijd. Zo beoordelen ze de ontwikkeling van een individueel kind ten opzichte van de variatie in de populatie, en sporen ze ontwikkelingsachterstand op."

De onderzoekers bieden nu hetzelfde voor de hersenen: groeidiagrammen voor de ontwikkeling en veroudering van de hersenen, niet alleen voor kinderen, maar voor de hele levensduur van twee tot honderd jaar. "We hebben hoge resolutie MRI-beelden geanalyseerd van bijna 60.000 mensen van ongeveer 80 MRI-scanners over de hele wereld," legt Saige Rutherford uit, promovendus en eerste auteur. "We gebruikten metingen van het volume van verschillende hersenstructuren of de dikte van de hersenschors op verschillende leeftijden, en maakten groeidiagrammen voor elk hersengebied. Zo creëerden we een nauwkeurige atlas van het menselijk brein gedurende het hele leven."

Veranderingen in hersenstructuur

De modellen maken het mogelijk om op het niveau van een individuele persoon voorspellingen te doen over de groei en veroudering van de hersenen, ten opzichte van bevolkingsnormen. Marquand: "We hebben nu een referentiemodel waarmee we variatie tussen individuen in kaart brengen en wat ons helpt om veel verschillende hersenaandoeningen beter te begrijpen, zoals ADHD, schizofrenie, dementie en de ziekte van Alzheimer." 

De toepassingen zijn legio. De modellen sporen veranderingen in de hersenstructuur op, die in een vroeg stadium kunnen wijzen op het ontstaan van een psychische stoornis. Ze kunnen beoordelen of een gebied in de hersenen bij een individu dikker of dunner is dan gemiddeld voor deze levensfase. Ook helpen de modellen bij de stratificatie van psychische stoornissen. Bijvoorbeeld voor het vinden van overeenkomsten tussen mensen die verschillende subtypes van stoornissen hebben, of om in de toekomst mensen te zoeken die op een behandeling zullen reageren. Bovendien volgt het model de voortgang van ziekte of het effect van een behandeling.

Vingerafdrukken van de hersenen

Zo'n grote breinatlas was nog niet eerder beschikbaar. De modellen en ook de software voor het gebruik zijn online beschikbaar gesteld. "We gebruiken een gevestigd softwareprogramma genaamd Freesurfer, waarmee we het volume en de dikte van hersenstructuren meten," legt Marquand uit. "Wereldwijd gebruiken duizenden ziekenhuizen deze software, dus dat levert gemakkelijk de benodigde metingen op. Met onze software als referentie blijkt dan hoe een groep van patiënten of studiedeelnemers uit een specifiek ziekenhuis het doet binnen de hele populatie."

In de nabije toekomst kan de software van groot nut zijn bij klinische studies, denkt Marquand. "Als je een nieuw medicijn wilt onderzoeken tegen een hersenaandoening, bijvoorbeeld de ziekte van Alzheimer, kun je met onze software proefpersonen zoeken met een bepaald profiel, zoals degeneratie in een vroeg stadium. Dat werkt als een soort vingerafdruk van de hersenen. Dat maakt het onderzoek efficiënter, omdat je gemakkelijk verschillen tussen groepen mensen opspoort. Uiteindelijk kunnen dergelijke hulpmiddelen ook nuttig zijn in de kliniek om medicijnen of interventies precies te richten op de mensen die ze nodig hebben."

Voorbeeld van een groeidiagram ontwikkeld door de onderzoekers. Dit groeidiagram toont het volume van de amygdala, een gebied in de hersenen dat vaak geassocieerd is met emoties. De metingen zijn uitgevoerd met MRI bij veel mensen op verschillende leeftijden. Alle meetpunten staan geplot en tonen het gemiddelde volume van de amygdala en de variatie in de populatie van twee tot honderd jaar oud.

Over de publicatie

Dit onderzoek is gepubliceerd in eLife: Charting Brain Growth and Aging at High Spatial Precision. Saige Rutherford, Charlotte Fraza, Richard Dinga, Seyed Mostafa Kia, Thomas Wolfers, Mariam Zabihi, Pierre Berthet, Amanda Worker, Serena Verdi, Derek Andrews, Laura Han, Johanna Bayer, Paola Dazzan, Phillip McGuire, Roel T. Mocking, Aaart Schene, Brenda W. Pennix, Chandra Sripada, Ivy F. Tso, Elizabeth R. Duval, Soo-Eun Chang, Mary Heitzeg, S. Alexandra Burt, Luke Hyde, David Amaral, Christine Wu Nordahl, Ole A. Andreasssen, Lars T. Westlye, Roland Zahn, Henricus G. Ruhe, Christian Beckmann, Andre F. Marquand.

• Meer weten over deze onderwerpen? Klik dan via onderstaande buttons door naar meer nieuws.

  Nieuws homepage Patientenzorg en Nieuws en verhalen