Onderzoekers aan NYU hebben de auditieve corollaire ontladingspaden van de hersenen in kaart gebracht, die helpen om zelfgegenereerde geluiden te onderscheiden van externe geluiden, bij epilepsiepatiënten.
De studie legt de rol van de motorische schors bij het beheren van deze signalen bloot en biedt inzichten in schizofrenie door auditieve hallucinaties te verklaren als verstoringen in deze paden.
Begrijpen van auditieve corollaire ontlading
Experimenten met mensen met epilepsie hebben de elektrische circuits van de hersenen onthuld die het mogelijk maken om zelfgegenereerde geluiden, zoals de eigen stem, te onderscheiden van achtergrondgeluiden.
Deze signalen, die bekend staan als auditieve corollaire ontladingen, ontstaan en eindigen in specifieke gebieden van de gevouwen buitenlaag van de hersenen, of cortex. De motorische schors, verantwoordelijk voor vrijwillige spierbewegingen, inclusief die gebruikt in spraak, werkt samen met de auditieve schors, die het gehoor beheert.
Evolutionaire Perspectieven en Klinische Implicaties
Vanuit een evolutionair perspectief heeft het vermogen om eigen geluiden van die van anderen te onderscheiden waarschijnlijk een cruciale rol gespeeld in de overleving. Dit mechanisme, aangedreven door snelle elektrische signalen van slechts enkele milliseconden, helpt dieren zoals krekels hun eigen paringsgeluiden te herkennen, stelt zangvogels in staat zich op hun gezang te concentreren en maakt het voor vleermuizen mogelijk zich te oriënteren met behulp van geluidsecho’s.
Bij mensen wordt gedacht dat verstoringen in dit systeem kenmerken zijn van auditieve hallucinaties, of “stemmen horen”, bij mensen met schizofrenie die geen onderscheid kunnen maken tussen echte stemmen en andere geluiden, zeggen de auteurs van de studie. Stoornissen in de auditieve corollaire ontlading worden ook in verband gebracht met stotteren.
Uitdagingen in Onderzoek naar Hersenactiviteit bij Mensen
Eerdere experimenten volgden dit elektrische hersencircuit naar de motorische schors bij andere zoogdieren, maar het is moeilijk te bepalen waar de ontladingssignalen precies vandaan komen in de menselijke motorische schors. Dit komt deels doordat het moeilijk is om hersenactiviteit op te nemen terwijl mensen wakker zijn en praten, maar vooral door de complexiteit van de computeranalyse die nodig is om de opnames te verwerken.
NYU Studie over Auditieve Signalen bij Epilepsiepatiënten
In de nieuwe studie, geleid door onderzoekers van NYU Langone Health, het Neuroscience Institute en de NYU Tandon School of Engineering, voerden neurowetenschappers stemexperimenten uit bij acht volwassenen met epilepsie. Allen ondergingen routinematige chirurgie om de bron van hun aanvallen vast te stellen en boden zich aan voor deelname aan woordoefeningen.
Gepubliceerd op 3 december in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), beschrijft het rapport hoe de onderzoekers auditieve corollaire ontladingssignalen in kaart brachten vanaf het onderste deel van de motorische schors, een subregio die de precentrale gyrus wordt genoemd. De elektrische signalen, die gemiddeld 120 milliseconden duurden, bleken vervolgens naar beneden en over de plooien van de precentrale gyrus naar een naburige auditieve schors subregio, de superieure temporale gyrus, te bewegen.
Belangrijke Bevindingen en Inzichten in Schizofrenie
“Wij geloven dat onze studie een lang bestaand raadsel in ons begrip van menselijke spraak oplost, door het eerste directe bewijs te leveren van de motorische schors hersencircuits die betrokken zijn bij de corollaire ontlading die ons in staat stelt alert te blijven op onze omgeving, zelfs terwijl we spreken,” zei de hoofdauteur van de studie, Amirhossein Khalilian-Gourtani, PhD. Dr. Khalilian-Gourtani is postdoctoraal onderzoeker in de afdeling neurologie aan de NYU Grossman School of Medicine.
“Onze bevindingen bieden ook specifieke inzichten in schizofrenie, door een verklaring te geven voor de bron van auditieve hallucinaties, die voortkomen uit verstoorde corollaire ontlading tussen de motorische en auditieve schorsen van de hersenen,” zei neurowetenschapper Adeen Flinker, PhD, een senior onderzoeker van de studie.
“Wat wij en veel andere onderzoekers vermoeden, is dat sommige mensen met schizofrenie hun eigen stem niet kunnen scheiden van andere geluiden of externe stimuli,” zei Dr. Flinker, universitair hoofddocent in de afdeling neurologie en de NYU Tandon School of Engineering.
Methodologie en Gegevensanalyse van de Studie
Als onderdeel van de nieuwe studie maakten onderzoekers meer dan 3.200 opnames van elektrische hersenactiviteit terwijl patiënten een reeks stemexperimenten uitvoerden tijdens geplande onderbrekingen van hun operatie. Alle patiënten hadden meer dan 200 sensoren in hun hersenen ingebracht om voornamelijk de elektrische activiteit die verband houdt met aanvallen te monitoren. Het onderzoeksteam gebruikte vervolgens een computermodel om te beoordelen en te voorspellen welke hersengebieden actief waren tijdens de corollaire ontladingen tijdens spraak in de woordexperimenten die waren ontworpen om de ontlading te volgen.
In een van de oefeningen werden de patiënten gevraagd naar een woord te luisteren en dit vervolgens te herhalen, bijvoorbeeld “ballon”; een zin af te maken met hetzelfde woord als antwoord op de vraag “De jongen blies een … op?”; en een afbeelding van een ballon te bekijken en deze met hetzelfde woord te beschrijven.
Elke test vereiste dat de patiënt het woord dat ze hoorden, negeerde, terwijl ze toch alert bleven op hun visuele en akoestische omgeving, gefocust bleven en hetzelfde woord hardop uitspraken.
De deelnemers aan de studie waren voornamelijk mannen en vrouwen in de dertig en veertig, die sinds 2019 werden opgenomen bij NYU Langone. Onderzoekers registreerden de elektrische activiteit in de meeste subregio’s van de hersenen van de patiënten, terwijl ze zichzelf hoorden reageren op opnames van uitspraken die door anderen hardop werden voorgelezen. Dergelijke audio-feedbacktests zijn ontwikkeld om op een veilige manier te bestuderen hoe de menselijke hersenen spraak leren en verwerken.
Toekomstig Onderzoek
Dr. Flinker zegt dat het team van plan is om tests uit te voeren om verder te onderzoeken hoe en of het corollaire ontladingscircuit actief is vlak voor hallucinaties die door hersenstimulatie worden opgewekt. Ze zijn ook van plan samen te werken met psychiaters om niet-invasieve methoden te ontwikkelen om het signaal bij mensen met schizofrenie te testen.
Geraadpleegde bronnen:
“A corollary discharge circuit in human speech” door Amirhossein Khalilian-Gourtani, Ran Wang, Xupeng Chen, Leyao Yu, Patricia Dugan, Daniel Friedman, Werner Doyle, Orrin Devinsky, Yao Wang en Adeen Flinker, 3 december 2024, Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.2404121121
Like ons op Facebook om meer artikelen zoals deze in je feed te zien verschijnen die je anders zou missen.
