Hoe functioneert het menselijk lichaam van top tot teen? Van hartslag tot hormonen, van elektrische signalen tot verschillende weefseltypen, elk systeem laat zich meten en analyseren. In deze rubriek belichten we hoe de verschillende systemen van het lichaam zouden moeten functioneren, wat er mis kan gaan, en vooral hoe we deze processen kunnen meten met behulp van zowel oudere technieken als de nieuwste technische ontwikkelingen.
Het brein is misschien wel het meest complexe weefsel van het menselijk lichaam, het is verantwoordelijk voor zowel “simpele” dingen zoals aansturen van spieren en zintuiglijke waarneming, als ook voor het leren van nieuwe dingen en ons geheugen. Zonder dit systeem zouden we niet kunnen bewegen, denken of voelen. Hoe onze hersenen zorgen voor het vermogen om te denken is zelfs nu eigenlijk nog niet volledig begrepen. Verstoring van het systeem kan leiden tot uiteenlopende klachten, dit kan zowel motorisch uiten als psychisch.
Anatomie
De grote hersenen
De grote hersenen, ook wel het cerebrum, is onderverdeeld in vier hoofdkwabben, die elk een specifieke rol spelen in onze waarneming, motoriek en hogere cognitieve functies. Hoewel de functies elkaar vaak overlappen en samenwerken, zijn er duidelijke specialisaties per kwab:
- De frontale kwab is verantwoordelijk voor cognitieve functies zoals plannen, probleemoplossend vermogen en sociaal gedrag. Daarnaast zit hier ook de primaire motorische schors die de vrijwillige bewegingen van het lichaam aanstuurt.
- De pariëtale kwab zorgt voor de sensorische verwerking, zoals pijn, tast, temperatuur en ruimtelijk inzicht.
- De occipitale kwab verwerkt alle visuele informatie.
- De temporale kwab is betrokken bij het gehoor, taalbegrip en geheugen. De temporale kwab is verbonden met de hippocampus, welke een sleutelrol heeft in leren en geheugen.
Afwijkingen in de verschillende gebieden, door bijvoorbeeld tumoren of beroertes, zorgen ook allemaal tot specifieke symptomen die afhankelijk zijn van het aangetaste gebied.
De kleine hersenen
De kleine hersenen, het cerebellum, is gelegen achter en onder de grote hersenen, en speelt een cruciale rol in motorische coördinatie, balans en fijne afstemming van bewegingen. Het cerebellum zorgt er bijvoorbeeld voor dat we soepel kunnen lopen, nauwkeurig grijpen en ons evenwicht bewaren. Hoewel het cerebellum niet verantwoordelijk is voor het initiëren van beweging, zorgt het voor de timing en precisie ervan. Schade kan leiden tot coördinatiestoornissen (ataxie), trillingen bij beweging (tremor) en problemen met evenwicht.
Hersenstam
De hersenstam ligt onder de grote hersenen en vormt de verbinding met het ruggenmerg. Hij bestaat uit drie delen: de middenhersenen (mesencephalon), de pons en het verlengde merg (medulla oblongata). De hersenstam regelt vitale functies zoals ademhaling, hartslag en bloeddruk. Daarnaast bevinden zich hier de kernen van de meeste hersenzenuwen, die onder andere zorgen voor oogbewegingen, slikken en gezichtssensatie.
Beschadiging van de hersenstam kan ernstige gevolgen hebben, variërend van evenwichtsstoornissen tot bewustzijnsverlies of zelfs levensbedreigende uitval van ademhaling en circulatie.
Bloed-hersenbarrière
De bloed-hersenbarrière is een selectieve barrière die de hersenen beschermt tegen schadelijke stoffen en pathogenen in het bloed, terwijl essentiële voedingsstoffen, zoals glucose en zuurstof, wel worden doorgelaten. Bij aandoeningen zoals multiple sclerose (MS), raakt deze barrière beschadigd, waardoor ontstekingscellen de hersenen binnendringen. Ook bij Alzheimer, Parkinson en Huntington wordt een verstoring van deze barrière vermoed, wat bijdraagt aan de progressie van deze ziekten.
Centraal en perifeer zenuwstelsel
De hersenen maken samen met het ruggenmerg deel uit van het centrale zenuwstelsel (CZS), dat informatie verwerkt en integreert. Het perifere zenuwstelsel vormt de verbinding tussen het CZS en de rest van het lichaam, door signalen naar spieren en organen te sturen en sensorische informatie terug te koppelen. Deze samenwerking maakt een gecoördineerde besturing van het hele lichaam mogelijk.
Fysiologie
Zenuwcellen en gliacellen
Zenuwcellen, ook wel neuronen genoemd, zijn de bouwstenen van het zenuwstelsel en communiceren via elektrische en chemische signalen. Het menselijk lichaam heeft naar schatting 100 miljard zenuwcellen, die samen miljarden synaptische verbindingen aangaan. Daarnaast heeft het lichaam ongeveer net zoveel gliacellen. De gliacellen zorgen ter ondersteuning voor de voeding, bescherming en afvalverwerking. Samen zorgen ze voor de processen van denken, voelen en bewegen.
Plasticiteit van de hersenen
Het brein is niet statisch: het is in staat zich te herorganiseren en aan te passen, dit staat bekend als neuroplasticiteit. Het brein kan zowel nieuwe synapsen of neuronen aanmaken, als ook functionele veranderingen ondergaan waarbij hersengebieden functies kunnen overnemen van andere beschadigde gebieden. Dit principe speelt een rol bij het leren, maar ook herstel na letsel of het omgaan met neurologische aandoeningen. Daarom is dit fenomeen cruciaal bij het leren van nieuwe vaardigheden, maar ook bij de revalidatie na een beroerte.
Neurotransmissie en hormonen
Neurotransmitters, zoals dopamine en serotonine zijn essentieel voor iemands stemming, maar ook je motivatie, slaap en zelfs het bewegen. Deze chemische boodschappers zorgen ervoor dat er signalen tussen de neuronen overgebracht worden. De hormonale systemen beïnvloeden de hersenactiviteit, maar de hersenactiviteit bepaalt ook welke hormonen er uitgegeven worden.
Pathofysiologie
Epilepsie
Epilepsie is een neurologische aandoening waarbij de elektrische activiteit in de hersenen verstoord is. Hierdoor kan het soms voorkomen dat iemand een epileptische aanval krijgt. Deze aanvallen variëren van korte afwezigheden tot hevige convulsies. Naast deze bekende vormen bestaan er ook focale aanvallen, waarbij slechts een deel van de hersenen betrokken is, en die zich uiten in bijvoorbeeld spiertrekkingen, verstoorde waarnemingen of plotselinge emoties. De diagnose wordt vaak gesteld met behulp van een EEG (elektro-encefalogram), waarmee afwijkende elektrische patronen zichtbaar worden. Beeldvorming met MRI of soms CT kan worden ingezet om onderliggende oorzaken zoals tumoren, littekenweefsel of aangeboren afwijkingen uit te sluiten.
Slaapstoornissen
Slaapstoornissen zoals insomnia (moeite met inslapen of doorslapen), slaapapneu (ademstops) of narcolepsie (aandoening met plotselinge slaapaanvallen) kunnen grote impact hebben op gezondheid en functioneren. Diagnostiek gebeurt vaak met draagbare meetapparatuur of een polysomnografie, waarbij beweging, ademhaling, snurkgeluiden, hartslag en hersenactiviteit worden geregistreerd. Deze metingen geven inzicht in de slaapkwaliteit en mogelijke onderliggende oorzaken.
Neurodegeneratieve ziekten
Neurodegeneratieve aandoeningen worden gekenmerkt door het geleidelijk afsterven van zenuwcellen in het brein en leiden tot geleidelijke achteruitgang van hersenfuncties. Symptomen variëren van geheugenverlies tot motorische problemen en gedragsveranderingen. De bekendste ziekten zijn Alzheimer, Parkinson en Huntington. Vroege diagnose is essentieel en gebeurt via beeldvorming, genetische tests en biomarkers in hersenvocht of bloed.
Alzheimer is de meest voorkomende vorm van dementie. Het wordt veroorzaakt door de ophoping van amyloïdplaques en eiwit ophoping in de hersenen. Hierdoor raakt de communicatie tussen zenuwcellen verstoord, wat leidt tot celsterfte. Doordat de hersencellen geleidelijk afsterven, ervaart iemand achteruitgang in het geheugen, denkvermogen en gedrag. Tot op heden is er nog geen genezing. Wel zijn er medicijnen die symptomen kunnen verlichten en het ziekteproces enigszins kunnen vertragen.
Parkinson ontstaat doordat hersencellen die dopamine produceren langzaamaan afsterven. Aangezien dopamine essentieel is voor spiercontrole en beweging, hebben mensen met Parkinson vaak motorische klachten. Deze motorische klachten zijn trillen (tremor), spierstijfheid (rigiditeit), vertraagde bewegingen (bradykinesie) en evenwichtsproblemen en freezing tijdens lopen. Daarnaast kunnen patiënten ook niet-motorische klachten hebben zoals slaapproblemen, depressie en angst, verlies van reukvermogen, trager denken en darmproblemen. De exacte oorzaak is nog onbekend, en lijkt vaak multifactorieel: genetische aanleg, vooral wanneer iemand het op jonge leeftijd krijgt, en omgevingsfactoren spelen een rol. Er bestaat geen genezing, maar de symptomen kunnen worden behandeld met dopaminerge medicatie of in ernstige gevallen met deep brain stimulation (DBS).
Huntington is een erfelijke neurodegeneratieve aandoening, veroorzaakt door een genetische afwijking in het huntingtine-gen, waardoor hersencellen afsterven. Je krijgt dit dus altijd van je ouders. Als een van je ouders het gen draagt, zal hij of zij de ziekte krijgen. De kans dat jij het gen ook draagt is dan 50%. Door deze celsterfte krijgen patiënten motorische, cognitieve en zelfs psychiatrische klachten. Symptomen bestaan onder andere uit onwillekeurige bewegingen, stijve spieren, moeite met lopen, praten en slikken en gewichtsverlies. Daarnaast kunnen mensen concentratieproblemen, impulsiviteit, stemmingswisselingen, depressie en geheugenverlies ervaren. Doordat het een DNA-mutatie bevat, wordt het gediagnosticeerd via een DNA-test. Ook is bij deze ziekte geen genezing mogelijk. Medicatie kan wel helpen tegen de onwillekeurige bewegingen en de stemmingsproblemen.
Diagnostische technologieën
EEG
Met elektro-encefalografie (EEG) wordt de elektrische activiteit van de hersenen gemeten via elektroden die op de schedel worden geplaatst. De hersenactiviteit wordt weergegeven in hersengolven met verschillende frequenties. Deze signalen geven informatie over bewustzijnstoestand, slaap en cognitieve activiteit.
EEG wordt veel gebruikt bij de diagnose van epilepsie, maar ook bij slaaponderzoek, bewustzijnsstoornissen en in sommige gevallen bij het monitoren van hersenfunctie tijdens operaties of op de intensive care.
MRI
Met Magnetic Resonance Imaging (MRI) kunnen gedetailleerde afbeeldingen gemaakt worden van de hersenen met behulp van sterke magnetische velden en radiogolven. MRI is bijzonder geschikt voor het opsporen van tumoren, vaatmalformaties, ontstekingen, degeneratieve afwijkingen en demyeliniserende aandoeningen zoals multiple sclerose.
Een speciale variant is de functionele MRI (fMRI). Hierbij voert de patiënt taken uit zoals bewegen, spreken of kijken naar beelden terwijl de hersenactiviteit in kaart wordt gebracht. Dit maakt zichtbaar welke hersengebieden actief zijn tijdens bepaalde functies. fMRI wordt onder andere toegepast in onderzoek naar taal en geheugen, bij neuropsychologisch onderzoek en bij planning van hersenoperaties.
PET
Met Positron Emissie Tomografie (PET) kan de stofwisseling in de hersenen zichtbaar worden gemaakt. Hierbij wordt een kleine hoeveelheid radioactieve stof toegediend, meestal een gemarkeerde vorm van glucose. Actieve hersengebieden gebruiken meer glucose, waardoor hun activiteit zichtbaar wordt op de scan. Deze diagnostische techniek is waardevol bij neurodegeneratieve ziekten, waarbij veranderingen in hersenstofwisseling al vroeg kunnen worden opgespoord. Ook wordt het gebruikt om de oorsprong van epileptische aanvallen te lokaliseren of hersentumoren en eventuele uitzaaiingen op te sporen. Vaak wordt PET gecombineerd met CT of MRI (PET-CT of PET-MRI) om zowel de structuur als de functie van de hersenen in één beeld te brengen.
NIRS
Nabij-infrarood spectroscopie (NIRS) is een relatief nieuwe techniek waarmee de zuurstofverzadiging en doorbloeding van hersenweefsel non-invasief kunnen worden gemeten. Hierbij wordt licht in het nabij-infrarode spectrum door de schedel gestuurd. Omdat zuurstofrijk en zuurstofarm hemoglobine verschillend licht absorberen, kan de mate van hersendoorbloeding en zuurstofvoorziening worden berekend. NIRS is geschikt voor continue monitoring, en wordt onder andere toegepast in de neonatale zorg om hersendoorbloeding bij pasgeborenen te volgen, tijdens operaties of IC-behandelingen om de zuurstofvoorziening in de hersenen te bewaken, en in onderzoek naar hersenactiviteit tijdens cognitieve taken als alternatief voor fMRI wanneer een MRI-scanner niet beschikbaar of geschikt is.
Innovaties en toekomst
Functionele echografie (fUS)
In het Erasmus MC wordt functionele echografie (fUS) ontwikkeld, een techniek die de hersendoorbloeding in ongekende detail zichtbaar maakt. Onderzoekers kunnen de bewegingen van rode bloedcellen onderscheiden van de globale hersenbewegingen. Dit maakt het mogelijk om microvasculaire netwerken en functionele hersengebieden in real-time in beeld te brengen, zelfs tijdens chirurgische ingrepen. Hoewel de techniek zich nog in de onderzoeksfase bevindt, biedt het potentieel voor nauwkeurige tumor visualisatie en het volgen van hersenfuncties tijdens en na operaties.
Deep Brain Stimulation (DBS)
Deep Brain Stimulation (DBS) is een neurochirurgische behandeling waarbij dunne elektroden diep in specifieke hersengebieden worden geplaatst. Deze elektroden zijn verbonden met een implanteerbare pulsgenerator die continu elektrische impulsen afgeeft om ontregelde hersenactiviteit te moduleren. DBS wordt vooral toegepast bij patiënten met ziekte van Parkinson, maar ook bij andere bewegingsstoornissen zoals essentiële tremor en dystonie. Daarnaast wordt het onderzocht als therapie bij psychiatrische aandoeningen zoals depressie en obsessief-compulsieve stoornis (OCS). Hoewel DBS de ziekte zelf niet geneest, kan het de motorische symptomen aanzienlijk verminderen en zo de kwaliteit van leven verbeteren bij patiënten die onvoldoende baat hebben bij medicatie.
Brain-computer interfaces (BCI)
Door het gebruik van BCI’s is communicatie mogelijk tussen hersenen en computers. Op deze manier kunnen mensen met verlamming of communicatieproblemen toch contact hebben met de buitenwereld. Zo kunnen ze bijvoorbeeld een computer of een robotarm met hun gedachten besturen. De meest gebruikte manier voor het meten van de benodigde hersensignalen is niet-invasief, waarbij er geen apparatuur het lichaam binnendringt. Bij een niet-invasieve BCI worden de hersensignalen gemeten op de schedel. Met deze technologie worden specifieke hersensignalen vastgelegd en vervolgens gedigitaliseerd. Deze digitale signalen worden door een computer geclassificeerd en omgezet in acties. Aan de Stanford University is het een onderzoeksteam gelukt om innerlijke spraak te decoderen. Dit zou kunnen worden toegepast bij mensen met ernstige spraak- en motorische beperkingen, bijvoorbeeld bij ALS.
Doe jij onderzoek naar het brein en heb jij bevindingen met nieuwe technologieën, neem dan contact op met de redactie van MTintegraal en schrijf een verdiepend artikel hierover!
Bronnen en verdieping
- https://www.hersenstichting.nl/hersenaandoeningen/alzheimer/
- https://www.hersenstichting.nl/hersenaandoeningen/parkinson/
- https://www.hersenstichting.nl/hersenaandoeningen/de-ziekte-van-huntington/
- https://www.qvn.nl/producten/bedienen/bedienaanpassingen/braingain/
- Kunz EM, Abramovich Krasa B, Kamdar F, Avansino DT, Hahn N, Yoon S, Singh A, Nason-Tomaszewski SR, Card NS, Jude JJ, Jacques BG, Bechefsky PH, Iacobacci C, Hochberg LR, Rubin DB, Williams ZM, Brandman DM, Stavisky SD, AuYong N, Pandarinath C, Druckmann S, Henderson JM, Willett FR. Inner speech in motor cortex and implications for speech neuroprostheses. Cell. 2025 Aug 21;188(17):4658-4673.e17. doi: 10.1016/j.cell.2025.06.015. Epub 2025 Aug 14. PMID: 40816265; PMCID: PMC12360486.
- Boron, W. F., & Boulpaep, E. L. (2017). Medical physiology (3rd ed.). Elsevier.
- Dalley, A. F., & Agur, A. M. R. (2023). Moore’s Clinically oriented anatomy (9th ed.). Wolters Kluwer Health.
- https://mtintegraal.nl/functionele-echografie-van-het-brein-binnenkijken-met-10-000-beelden-per-seconde/
