Vroege neuronale verwerking van basis smaken in gezonde jong volwassenen en ouderen, onderzocht met fMRI.

Voorgaand onderzoek heeft aangetoond dat de smaakcortex (Insua & bovenliggende
Operculum) een belangrijke rol speelt in smaak verwerking. Manipulaties in
smakwaarde, smaakidentiteit, smaakintensiteit of de fysieke staat (honger of
verzadigd) zijn in het verleden allen geassocieerd met veranderingen in
activiteit binnen de smaakcortex. Waarbij identificatie werd gemeten in het
voorste deel van de insula en de bovenliggende operculum, smaakwaardering in
het midden van de insula en intensiteit werd geassocieerd met een verhoging in
de BOLD-signaal binnen de insula. Verder is aangetoond dat honger, in
vergelijking met verzadiging, ook het BOLD-signaal binnen de insula versterkt.
Tot dusver heeft geen enkele mensenstudie een specifieke topografie binnen
de smaakcortex aangetoond voor de verschillende basissmaken. Resultaten van
studies in primaten laten overeenkomstige resultaten zien. Metingen binnen
individuele cellen in primaten tonen aan dat de neuronen in de smaakcortex een
brede afstemming hebben; ze reageren op meer dan één smaak stimulus. Dit zou
kunnen inhouden dat eerder een netwerk van neuronen een representatie is van
een smaakidentiteit. In knaagdieren lijkt dit inderdaad het geval te zijn,
hoewel de gevonden activatiepatronen in de hersenen van ratten niet enkel
identificatie lijken te representeren. De smaken met een overeenkomstige
hedonische waarde activeerden namelijk overlappende hersengebieden. Verder is
aangetoond dat het activatiepatroon van sacharine (kunstmatige zoetstof)
plastisch is: door middel van een smaak-aversie paradigma verplaatste het
activatiepatroon zich en toonde overeenkomsten met gebieden die actief werden
bij onaangename smaken.
Door specifiek in te zoomen in de smaakcortex willen we de
activatiepatronen onderzoeken die geassocieerd kunnen worden met (interacties
tussen) smaak identiteit, intensiteit en hedonische waarde, met daarbij een
verhoogde ruimtelijke precisie. Dit, om een beter begrip te verkrijgen over de
functionele organisatie van de smaakcortex in gezonde mensen. Verder willen we
aantonen waar de verschillen zitten tussen zowel mannen en vrouwen als tussen
jonge en oudere mensen. Deze informatie is van vitaal belang om verder
onderzoek te verrichten naar neuronale veranderingen die ontstaan door
chemo-sensorische verstoringen die veroorzaakt worden door chemotherapie of
veroudering.
Met een hogere ruimtelijke resolutie en de inclusie van verschillende
basissmaken, intensiteiten en smaakwaardering, voorspellen we dat we een
specifiekere functionele organisatie kunnen vinden in de smaakcortex en
specifieke correlaties kunnen vinden met andere gebieden in de hersenstam,
basale ganglia, en de middenhersenen. Gebaseerd op de resultaten uit
diermodellen verwachten wij overlappende activatiepatronen te vinden bij een
overeenkomstige mate van smaakwaardering. Als daarnaast inderdaad het voorste
deel van de insula samen met de bovenliggende operculum geassocieerd kunnen
worden met de smaakidentiteit, verwachten wij correlaties te vinden met
geheugengebieden zoals de hippocampus. We verwachten ook dat gebieden die
geassocieerd worden met smaakwaardering, correlaties zullen hebben met
hersengebieden die te maken hebben met emotie, zoals de amygdala.

Deze studie zal de basis vormen voor geplande studies die de chemo-sensorische
verstoringen binnen ouderen en testikelkanker patiënten die op cisplatin
gebaseerde chemotherapie ondergaan binnen het Universitair Medisch Centrum
Groningen. Om deze veranderingen op neuraal niveau goed te kunnen onderzoeken
is het van belang om inzicht te hebben in de neuronale activatie binnen gezonde
mensen.
Samen met het eerder goedgekeurde onderzoek: METc2011.151; ABR:
Nl36783.042.11, willen we de verschillende eigenschappen van smaak op
hersenniveau modelleren daarbij gebruikmakend van machine leertechnieken en
andere cognitieve modelleertechnieken.
Verder is er tot nu toe nog weinig bekend over de neuronale verwerking van
smaak stimuli in ouderen. Daarom willen we ook aantonen hoe de verwerking van
smaak verloopt binnen ouderen en hoe dit verschilt met jong volwassenen.

Proefpersonen zullen worden blootgesteld aan de volgende paradigma's:

1) Proefpersonen die geïnteresseerd zijn in deelname bij het onderzoek zullen
eerst een intakegesprek ondergaan per telefoon. Gedurende dit telefoongesprek
zullen de inclusie en exclusie criteria voor zowel het experiment als
geschiktheid van MR-onderzoek, worden besproken. Verder, zal de inhoud van het
experiment kort worden besproken en zullen alle vragen worden beantwoord. Bij
geschiktheid, zal de een afspraak worden ingepland voor het eerste bezoek.

2) Gedurende de intake zal het paradigma gepresenteerd worden en zal de
proefpersoon plaatsnemen in de dummy scanner om claustrofobie uit te sluiten.
Proefpersonen zullen 2 tests van elk ca. 10 minuten ondergaan. Dit zijn een
speekseltest en een smaak grenswaarden test. De speekseltest is bedoeld om te
meten hoeveel speeksel de deelnemer produceert onder normale omstandigheden en
gedurende kauwen (stimulatie). Daarnaast zal een eiwitbepaling plaatsvinden.
Tijdens de smaak grenswaarden test moet de proefpersoon smaken herkennen door
middel van het proeven van smaakstrips. Deze test wordt gebruikt om uit te
sluiten dat de proefpersoon abnormaliteiten heeft in de smaakperceptie. De
uitkomsten van beide tests zullen bijdragen in de interpretatie van de MRI
resultaten. Aan het eind van het intake bezoek zal een afspraak gemaakt worden
voor dit MRI experiment. Tijdens het maken van deze afspraak zullen jonge
vrouwen gevraagd worden hun hormonale anticonceptie te blijven gebruiken. Dit,
om te verzekeren dat de hormoonspiegels constant zullen blijven.

3) Gedurende het MRI experiment zullen de proefpersonen gescand worden met een
3 Tesla MR scanner. Tijdens dit experiment zullen de proefpersoon verschillende
smaken toegediend krijgen. Deze smaken worden toegediend in een vloeibare vorm
met volumes van 2 ml per keer. Na het ontvangen van een smaakoplossing moet de
proefpersoon op een schaal de smaak op waarde beoordelen. Daarvoor kan hij een
knoppendoos gebruiken. Als een waardering aan de smaak is gegeven, zal het
paradigma vervolgen met het wegspoelen van de smaak in de mond. Hiervoor wordt
een oplossing van kunstmatig speeksel in water gebruikt en zal eveneens een
volume bevatten van 2 ml.

4) Het scannen zal plaatsvinden in de ochtend of aan het eind van de middag. De
proefpersoon zal gevraagd worden om te stoppen met eten vanaf ten minste twee
uur voordat het experiment begint.

De complete dataset zal bestaan uit gedragsdata (de scores op smaakwaardering
en intensiteit) en in hersenactiviteit data (welke met de MR scanner is
gemeten). Daarnaast zal een anatomische MR scan in hoge resolutie gemaakt
worden om op individueel niveau de hersenactiviteitsscans te kunnen vergelijken
met de hersensstructuur.

De analyse van de data zal bestaan uit:
-Standaard voorbewerking van de MR data. herschikking, co-registratie tussen
functionele en anatomische gegevens, ruimtelijke smoothing en normalisatie.
- Analyse van hersenactiviteit, op basis van verschillen tussen de basissmaken,
en verschillen tussen smaakwaardering en basale hersenactiviteit (kijken naar
een fixatiekruis); de gegevens van de gedragsgegevens worden gebruikt als
co-variaten;
- Toepassing van *machine learning* technieken en/of andere cognitieve
modelleertechnieken op de gecombineerde hersenactiviteit en gedragsmatige
reacties.
- Groepsanalyse van de output met parametrische en niet-parametrische
statistische technieken.

- Deelname aan functioneel hersenonderzoek met MRI wordt algemeen als *niet
schadelijk* geaccepteerd
- De deelnemers kunnen een claustrofobisch gevoel krijgen in de nauwe
scannerbuis wanneer zij niet eerder aan een dergelijke omgeving zijn
blootgesteld, en daarom wordt aan de proefpersonen bij het eerste bezoek een
training aangeboden in een dummy MRI scanner. Tijdens de scansessies hebben de
proefpersonen de beschikking over een alarmknop waarmee zij direct de sessie
kunnen beëindigen wanneer claustrofobische gevoelens toch nog mochten ontstaan.
Daarnaast zal een onderzoeker naast de proefpersoon staan, welke diens welzijn
continu in de gaten kan houden.
- Tijdens de scansessies worden kleine hoeveelheden vloeistoffen (ongeveer 2
ml) in de mond aangeboden waarin de proefpersoon zich zou kunnen verslikken wat
aanleiding is voor hoesten. De hoeveelheid aangeboden vloeistof is dusdanig
gering dat er geen risico is voor verstikking of andere levensbedreigende
aandoening. Daarnaast kan de proefpersoon altijd de alarmknop gebruiken, mocht
er toch een onvoorzien probleem ontstaan.
- De vloeistoffen worden aangeboden door middel van een handmatig bediend
apparaat. De hoofdonderzoeker zal dit apparaat bedienen en is tijdens het
experiment aanwezig in de ruimte waarin ook de scanner staat en kan zo toezicht
houden op de proefpersoon. Hij kan ook, in geval van nood, de proefpersoon
direct uit de scanner halen.

Wij zijn van mening dat in dit project de verhouding van kennistoename en
mogelijke toepassing van de uitkomsten voor kwetsbare groepen in de
samenleving, zoals ouderen en kankerpatienten, en de relatief geringe belasting
van de proefpersoon de uitvoering van deze studie kan rechtvaardigen. Het is
algemeen geaccepteerd dat Magnetische Resonantie een risicovrije methode is
voor de bestudering van het functionerende brein.

Voor de proefpersonen zijn geen directe voordelen te verwachten. Proefpersonen
kunnen echter eventueel wel baat hebben bij vroegtijdige herkenning/signalering
van structurele hersenafwijkingen (toevallige waarneming van pathologie),
waardoor de kans op behandeling en genezing wordt vergroot. Wanneer het
onderzoeksteam mogelijke afwijkingen waarneemt in de anatomische scans worden
deze altijd ter beoordeling voorgelegd aan een ervaren radioloog.