Hoe beïnvloedt stroom de hersenen?

Met behulp van elektrische stroom op de schedel ziekten genezen, of iemands vaardigheden, stemming of gedrag verbeteren. Mensen experimenteren er al mee sinds de Romeinse arts Scribonius Largus rond het jaar nul een sidderrog tegen zijn voorhoofd aansloeg tegen de hoofdpijn.

In 2000 publiceerden de Duitse neurofysiologen Michael Nitsche en Walter Paulus het artikel dat aan de basis staat van de huidige hausse aan onderzoeken naar breinstimulatie met zwakstroom.

Dit middel om hersenactiviteit te beïnvloeden is in theorie goedkoop, ongevaarlijk en eenvoudig toe te dienen, in tegenstelling tot bijvoorbeeld electroshocktherapie of magnetische stimulatie. Dat maakt het aantrekkelijk als potentiële (zelf)behandelmethode.

Komende tijd wil ik uitzoeken wat de potentie is van deze nog jonge en in veel opzichten nog niet ‘uitgedokterde’ technologie.

In deze explainer: wat wordt er onder deze vorm van breinstimulatie verstaan - en wat niet?

Terug van weggeweest

Een kleine geschiedenis: met zwakstroom werd al geëxperimenteerd in de jaren zestig van de twintigste eeuw, maar de techniek raakte in onbruik als gevolg van een gebrek aan objectieve maten en de opkomst van de antipsychiatrie in de jaren zeventig.

Dat veranderde met het onderzoek van Nitsche en Paulus. Zij constateerden dat je met een beetje ongevaarlijke zwakstroom hersengebieden actiever of inactiever kon maken, iets wat eerder alleen bij dieren was aangetoond. De onderzoekers beoordeelden hun ontdekking zelf als een ‘veelbelovend instrument om de hersenactiviteit te moduleren op een non-invasieve, pijnloze, omkeerbare, selectieve en gerichte manier.’

Hun onderzoek kreeg veel navolging: vijftien jaar later zijn er zo’n 2.000 studies gedaan naar breinstimulatie die op dezelfde manier gebruikmaken van zwakstroom. De meeste onderzoeken richten zich op de vraag of en hoe zwakstroom te gebruiken is om psychiatrische en neurologische klachten te behandelen.

De techniek die Nitsche en Paulus gebruikten en waarover zij nog steeds publiceren , is inmiddels de gangbaarste vorm van elektrische breinstimulatie en wordt tDCS genoemd: transcraniële gelijkstroomstimulatie (transcranial Direct Current Stimulation).

Zo gaat het in het lab

Een experiment in het laboratorium gaat over het algemeen als volgt.

Twee elektroden in met zoutoplossing doorgedrenkte sponsjes worden op de schedel van een proefpersoon bevestigd. Daarin zitten elektroden die zwakstroom doorgeven, overwegend van 1 of 2 milli-ampère, soms iets meer. De plaatsing van de elektroden is afhankelijk van de medische klacht waarnaar onderzoek wordt gedaan.

Het effect? Om een Nederlands voorbeeld te noemen: bij een experiment in Rotterdam met afasiepatiënten, die een deel van hun spraakvermogen verloren door een hersenaandoening, waren proefpersonen tijdens behandeling met tDCS beter in het vinden van woorden bij plaatjes dan zonder breinstimulatie.

Van kleine studies zoals deze, die dit soort effecten laten zien bij verschillende neurologische of psychiatrische klachten, bestaan er honderden.

Maar hoe dit effect wordt veroorzaakt is verre van zeker, nog los van de vraag of het altijd en bij iedereen hetzelfde werkt.

Hoe gedacht wordt dat tDCS werkt

De meest gehoorde hypothese over de werking van tDCS is dat de elektroden op het hoofd de synaptische eigenschappen van de zenuwcellen in het brein beïnvloeden, en daarmee de hersenactiviteit.

De anode plaats je op de plek waar je toegenomen hersenactiviteit wilt zien. Met de plaatsing van de kathode wordt het elektrisch circuit gesloten, waardoor de stroom gaat lopen. Op de plek waar de kathode zich bevindt neemt de kans op hersenactiviteit af . Mogelijk komt er onder invloed van de stroom een eiwit vrij dat zorgt voor meer neuroplasticiteit, het vermogen van de hersenen om te veranderen.

Tot zover de theorie. Dan de onderzoeksproblemen, twijfels en onzekerheden. Om er een aantal te noemen:

• Mogelijk beïnvloeden de elektroden andere gebieden dan de plek waar ze direct “boven hangen.”
• Grondlegger Michael Nitsche heeft laten zien dat de effecten van de kathode en anode bij langduriger stimulatie kunnen omslaan. Het hersengebied onder de anode wordt dan juist inactiever in plaats van actiever en andersom.
• Welke hersengebieden onderzoekers proberen te stimuleren, hoe lang, in welke richting en hoe vaak, en met wat voor formaat elektroden, is geheel afhankelijk van de onderzoeksopzet, wat het trekken van algemene conclusies bemoeilijkt.
• En hoe controleer je precies wat de effecten zijn van de omstandigheden en de toestand waarin een proefpersoon verkeert tijdens het experiment?
• Dan is er ook nog de vraag: als een hersengebied onder invloed van stroom actiever of minder actief wordt, zorgt dat dan ook voor de gewenste verandering, op dat moment? En achteraf? En gebeurt dat dan ook buiten het laboratorium?

De meeste specialisten twijfelen dus niet over de vraag óf breinstimulatie met zwakstroom werkt, maar bijna iedereen vraagt zich af hoe dan wel.

Wat is het niet?

Wat breinstimulatie met zwakstroom aantrekkelijk maakt als potentiële (zelf)behandelmethode, is dat het in theorie eenvoudig, goedkoop en ongevaarlijk is, er geen chirurg aan te pas komt en dat het wél de hersenactiviteit zou kunnen veranderen.

Daarmee verschilt het van de onderzoeks- en behandeltechnieken elektroshocktherapie, magnetische stimulatie, neurofeedback of diepe hersenstimulatie, die allemaal net iets anders doen:

• Elektroshocktherapie (ECT) is sinds de jaren veertig en vijftig populair en wordt in het publieke bewustzijn vooral geassocieerd met de grimassen en stuiptrekkingen van Jack Nicholson in One Flew Over the Cuckoo’s Nest (1975). In ampères uitgedrukt is zwakstroomstimulatie circa duizend keer minder heftig dan elektroshocktherapie. Bij ECT gaat er zoveel elektriciteit door het brein, dat dit een toeval of epileptisch insult veroorzaakt. De letterlijke schok die dit veroorzaakt, kan verlichting te brengen bij een zeer zware depressie.

Youtube plaatst cookies bij het bekijken van deze video Bekijk video op Youtube

• TMS, transcraniële magnetische stimulatie, wordt wel gezien als voorloper van tDCS en het jongere zusje van ECT. Onderzoek in de huidige vorm vindt plaats sinds de jaren tachtig. Het wordt bij medische experimenten onder meer gebruikt om (met behulp van een magnetische spoel ) het spraak- of motorische centrum te lokaliseren. TMS wordt ook al gebruikt als behandelmethode bij depressie . Het College van Zorgverzekeraars pleitte in 2013 voor voorwaardelijke vergoeding in het basispakket. TMS is dus een stap verder dan tDCS: er bestaat wetenschappelijke consensus over de werkzaamheid.Maar TMS-apparatuur is circa tien keer duurder dan tDCS, en toepassing kan tot een epileptische aanval leiden, waardoor dit onder strikte omstandigheden moet gebeuren. Dat maakt stimulatie met zwakstroom aantrekkelijk om te onderzoeken als alternatief voor TMS.
• Bij neurofeedback krijgen mensen een haarnetje met elektroden op, waarmee een EEG-scan van (delen van) het brein wordt gemaakt. De hersengolven worden gevisualiseerd op een scherm, die dankzij deze terugkoppeling met oefeningen omhoog of omlaag kunnen worden getraind (bijvoorbeeld als therapie bij ADHD). In tegenstelling tot neurofeedback is er bij breinstimulatie niet alleen sprake van het ‘uitlezen’ van de hersenen, maar ook van het direct beïnvloeden van hersenactiviteit door stroom.
• Bij diepe hersenstimulatie wordt de schedel opengemaakt en een elektrode of naald in de hersenen geplant. Meestal in de diepe hersenkernen, waar TMS en tDCS niet kunnen komen, althans niet direct.

DC/AC

Tot slot: behalve naar de werking van tDCS, waarbij er gelijkstroom door het hoofd gaat, wordt er ook nog onderzoek gedaan naar andere vormen van zwakstroom, die elk op hun eigen manier hersenactiviteit beïnvloeden, net zoals pillen ook op veel verschillende manieren kunnen werken. Schizofreniepatiënten zouden bijvoorbeeld baat hebben bij wisselstroom: tACS . Andere varianten die onderzocht worden zijn tRNS, TPU, HD-tDCS en TEN.