De rol van hersengebied S1 tijdens het waarnemen en uitvoeren van handelingen.
Een gecombineerde TMS en fMRI studie over de functionele verbinding van het menselijk spiegelneuronensysteem.

Spiegelneuronen werden ontdekt in het lab van Rizzolatti and col. (zie voor een
samenvatting Rizzolatti and Craighero, 2004): deze neuronen, liggend in de
ventrale promotore cortex en in de rostrale lagere kwab van de aap, reageren
als de aap een handeling uitvoert (bijv. het grijpen van een pinda) en ook als
de aap een ander dezelfde handeling uit ziet voeren - alsof het de aap zelf was
in de huid van een ander individu. Deze neuronen suggereren*, dat de hersenen
van de aap automatisch omvormen wat het andere actors ziet doen in de eigen
motorische representaties noodzakelijk om dezelfde handeling uit te voeren.
Deze bevindingen roepen een aantal belangrijke vragen op:
a) Bestaat een gelijksoortig systeem ook in de menselijke hersenen?
b) Welke hersengebieden laten bij de mens een dergelijk spiegel fenomeen zien?
c) Als een neuron wordt bepaald door het patroon van verbindingen dat dit naar
andere neuronen schakelt, welk verbindingspatroon tussen de hersengebieden
maakt dit spiegelen dan mogelijk?

Het menselijk spiegelneuronensysteem (MNS)
Met betrekking tot vraag a), hoewel het normaal gesproken niet mogelijk is de
activiteit van enkele neuronen in mensen op te nemen, suggereren verschillende
technieken nu gezamenlijk dat mensen inderdaad een spiegelneuronensysteem
hebben gelijk als aan dat van apen (zie Rizzolatti and Craighero, 2004).
Neuro imaging methoden inclusief Positron Emission Tomography en meer recent,
functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) laten zien dat gebieden -
volstrekt gelijk aan de spiegelneuronen gevonden in de aap (de ventrale
premotorische cortex en rostrale achterste parietale cortex) - actief worden
als zowel proefpersonen bepaalde handelingen uitvoeren als wanneer zij andere
personen dezelfde handelingen zien uitvoeren (bijv. Gazzola et al., 2007).

Welke hersengebieden zijn hierbij betrokken?
De vragen b) en c) echter blijven een punt van discussie. In de aap, waar
enkelvoudige cel opnamen de belangrijkste methode is om spiegelneuronen te
onderzoeken, kiest een onderzoeker waar in de hersenen te gaan zoeken naar
spiegelneuronen. Dit is tot nu toe alleen gebeurd in de ventrale promotore en
achterste parietale cortex. Het is daarom onduidelijk of andere hersengebieden
dezelfde eigenschappen hebben. Neuroimaging onderzoeken bij mensen laten echter
zien dat andere hersengebieden inderdaad ook betrokken worden tijdens het
observeren van de handelingen van andere personen en het uitvoeren van
gelijksoortige handelingen.
Dit gegeven breidt de oorspronkelijke ontdekking van spiegelneuronen in de aap
uit door te suggereren dat een volledig netwerk van hersengebieden
gemeenschappelijk wordt gebruikt bij zowel het observeren als bij het uitvoeren
van handelingen.
Dit *shared circuit* sluit de ventrale en dorsale premotore cortex, de
achterste parietale kwam, de somatosensorische cortex en de high level visuele
cortex in.

Hoe werken de hersengebieden van de pMNS op elkaar in om ons in staat te
stellen intuitief te begrijpen wat er in andere personen omgaat?
Het voorliggende project heeft als doel om de verbinding tussen de
hersengebieden, vastgesteld als deel van het menselijk spiegelneuronensysteem,
te onderzoeken. In het bijzonder de verbindingen tussen het S1 gebied en de
rest van het MNS. Hiertoe zullen twee technieken worden gebruikt: Repetitive
Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS) zal worden gebruikt om het
functioneren van het bedoelde hersengebied te verstoren en Functional Magnetic
Resonance Imaging (fMRI) zal worden gebruikt om toegang te krijgen tot de
activeringen in de hersenen terwijl de proefpersoon handelingen observeert en
uitvoert. De fMRI gegevens zullen worden verzameld voor, onmiddellijk na de
rTMS en nadat de effecten van de rTMS zullen zijn verdwenen. De gegevens van
deze drie sessies zullen met elkaar worden vergeleken. De gegevensanalyse zal
ook de gebruikelijke fMRI analyse methoden inhouden, evenals diverse
analysemethoden van *effective connectivity*.

Het onderzoek combineert rTMS met fMRI om de activering in de hersenen te
vergelijken als het S1 hersengebied actief is en als deze functie is verstoord
door de rTMS. In dit onderzoek zullen drie scanning sessies worden opgenomen.

Tijdens de fMRI-scans zullen de proefpersonen handelingen observeren en
handelingen uitvoeren. Direct voor deze scans zal rTMS worden toegepast op het
S1 hersengebied van de proefpersonen.
Twee van deze sessies zal een voorgewende TMS inhouden (geen effect op
hersenactiviteit) en de andere sessie zal rTMS inhouden door middel van Theta
Bursts Stimulatie (TBS). Op deze manier zal het functioneren van dit
hersengebied gedurende een korte periode worden verstoord. In beide gevallen
zal direct na rTMS worden gescand en zullen dezelfde observatietaken worden
gepresenteerd.
De voorgewende TMS sessies doen dienst als controle en maken het de onderzoeker
mogelijk de effecten van rTMS stimulatie en die van de experimentele condities
te isoleren. Tussen elke fMRI-sessie zal tenminste 24 uur zitten.

fMRI en rTMS zijn beide niet-invasieve technieken, er is daarom niet een
speciale voorbereiding van de proefpersoon nodig. Er zijn geen risico*s bekend,
verbonden aan fMRI. De proefpersonen zullen worden blootgesteld aan een
magnetisch veld van 3 Tesla en snel wisselende kleine magneetvelden en
radiogolven. Dit veld wordt binnen het fMRI en MRI-onderzoek gewoonlijk
gebruikt. Er zijn geen schadelijke zijeffecten gerapporteerd. In zeldzame
gevallen wordt een perifere zenuw (abdomen) gestimuleerd door de wisselende
magneetvelden. Dit kan eventueel een kriebelend gevoel geven, maar is niet
schadelijk.

De gegevens tijdens de fMRI en MRI scans verzameld, zullen alleen voor
onderzoeksdoeleinden worden gebruikt. Als er echter duidelijke afwijkingen
worden geconstateerd dan zal het onderzoeksteam besluiten een specialist
(radioloog of psychiater) om advies te vragen. Als het door de specialist wordt
bevestigd dat klinische behandeling nodig is, dan zal de huisarts van de
proefpersoon op de hoogte worden gesteld.

De veiligheid van Tetha-Bursts Stimulatie (TBS) is in recent onderzoek
aangetoond door Huang and col.(2005) en door Di Lazzaro and col. (2005). De
exclusie criteria en veiligheidsnormen zullen volgens de standaard rTMS kunnen
worden gebruikt (zie Gates, 1992; Pascual-Leone et al., 1993; Wassermann eta
al., 1996; Wassermann, 1998).

Er zijn geen schadelijke zijeffecten gerapporteerd als de internationale
veiligheidsvoorschriften worden gevolgd (Wassermann, 1998). De sterke
magnetische velden die zowel bij fMRI als bij rTMS worden gebruikt, kunnen
ijzermagnetische deeltjes binnen de hersenen en de ogen laten verschuiven. Om
proefpersonen met metalen deeltjes in de hersenen uit te sluiten zal vam de
proefpersonen worden verlangd een vragenlijst in te vullen en alleen als geen
enkele van de exclusiecriteria is beantwoord, zullen proefpersonen worden
toegelaten deel te nemen aan het onderzoek.
Er zijn geen directe voordelen voor de proefpersonen verbonden aan hun deelname
aan deze studie. De resultaten zullen ons echter meer begrip geven over het
functioneren van onze hersenen.