Ons richtingsgevoel neemt af naarmate we ouder worden. In het wetenschappelijke tijdschrift “Nature Communications” rapporteren onderzoekers van het Duitse Centrum voor Neurodegeneratieve Ziekten (DZNE) en experts uit de VS over nieuwe inzichten in de oorzaken van dit fenomeen. Volgens hun bevindingen is de belangrijkste bron van fouten bij het bepalen van de ruimtelijke positie en blijkbaar de oorzaak van leeftijdsgebonden oriëntatieproblemen een ‘lawaaierige’ en daardoor onnauwkeurige perceptie van de snelheid waarmee men beweegt. Deze studieresultaten kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van diagnostische instrumenten voor vroege opsporing van dementie.
Van visuele prikkels tot spierfeedback en signalen die door het vestibulair systeem worden doorgegeven – het menselijk brein gebruikt een breed scala aan sensorische inputs om de positie te bepalen en ons door de ruimte te leiden. Een essentieel onderdeel van de noodzakelijke informatieverwerking vindt plaats in de “entorhinale cortex”. In dit gebied aanwezig in beide hersenhelften, zijn er speciale neuronen die een mentale kaart van de fysieke omgeving genereren. Zo wordt informatie over de reële ruimte vertaald naar een ‘dataformaat’, dat de hersenen kunnen verwerken. “Het menselijk navigatiesysteem werkt redelijk goed maar het is niet zonder gebreken” zegt prof. Thomas Wolbers, hoofdonderzoeker bij de DZNE, Magdeburg. “Het is bekend dat er mensen zijn met goede oriëntatie vaardigheden en andere die moeilijker hun weg te vinden. Dit vermogen neemt gewoonlijk af met de leeftijd omdat ouderen de ruimtelijke oriëntatie over het algemeen moeilijker vinden dan jongeren, vooral in een onbekende omgeving. Daarom neemt de kans op verdwalen toe met de leeftijd.”
Studie in virtuele ruimte.
Om de oorzaken van deze achteruitgang te begrijpen, hebben DZNE wetenschappers onder leiding van Thomas Wolbers, in samenwerking met experts van het US Massachusetts Institute of Technology en de Universiteit van Texas in Austin, een specifiek experiment ontworpen: in totaal ongeveer 60 cognitief gezonde jonge en oudere volwassenen die waren uitgerust met een “virtual reality” bril, moesten zich – los van elkaar – bewegen en oriënteren binnen een digitaal gegenereerde omgeving. Tegelijkertijd bewogen de deelnemers zich ook fysiek langs ingewikkelde paden. Ze werden bijgestaan door een onderzoeker die de individuele testpersoon bij de hand leidde. Daarbij leidde echte voortbeweging direct tot bewegingen in de virtuele ruimte. “Dit is een kunstmatige setting, maar het weerspiegelt aspecten van echte situaties”, zegt Wolbers.
Tijdens het experiment werd de deelnemers meerdere keren gevraagd om de afstand en richting naar het startpunt van het pad in te schatten. Omdat de virtuele omgeving slechts een paar visuele aanwijzingen bood voor oriëntatie, moesten de deelnemers vooral vertrouwen op andere prikkels. “We keken hoe nauwkeurig deelnemers hun positie in de ruimte konden beoordelen en testten de zogeheten padintegratie. Met andere woorden, het vermogen om de positie te bepalen op basis van lichaamsbewustzijn en de perceptie van de eigen beweging. Padintegratie wordt beschouwd als een centrale functie van ruimtelijke oriëntatie”, legt Wolbers uit.
“Lawaaierig” model.
Net zo belangrijk als de experimentele opzet was de wiskundige modellering van de gemeten gegevens. Dit was gebaseerd op een benadering om storende effecten op positiebepaling te omschrijven als ruis. “Het menselijk lichaam en zijn zintuigen zijn verre van perfect. De informatieverwerking in de hersenen wordt daarom beïnvloed door storingen, die kunnen worden geïnterpreteerd als ruis. Dit is vergelijkbaar met een radio uitzending, waarbij ruis het werkelijk signaal kan overstemmen,” aldus Wolbers. “Met behulp van ons wiskundig model konden we de bijdragen van verschillende bronnen van fouten ontrafelen en identificeren wat het meest verstoort en wat weinig effect heeft. Dergelijke bronnen van fouten zijn nog nooit op dit detailniveau onderzocht.”
Uit gegevens evaluatie bleek bijvoorbeeld dat lichaamsrotatie in de richting van het startpunt van het pad consistent vrij nauwkeurig was en geheugenfouten speelden vrijwel geen rol. “Om de locatie in de ruimte te bepalen terwijl men beweegt, moet men constant zijn positie in gedachten bijstellen. Dit vereist dat men onthoudt waar men zich eerder bevond. In dit opzicht zijn bij onze analyse slechts minimale fouten geconstateerd”, aldus Wolbers.
Een kwestie van snelheid.
De conclusie van het onderzoeksteam: Fouten in de padintegratie worden voornamelijk veroorzaakt door “ophoping van interne ruis” in de informatieverwerking – en dit fenomeen is waarschijnlijk een gevolg van onnauwkeurigheden in de perceptie van bewegingssnelheid. “Opgemerkt moet worden dat mensen intuïtief afstanden schatten op basis van hoe lang en hoe snel ze eerder reisden. Toch suggereert onze studie dat de kritische foutbron voor het bepalen van de positie niet de tijdwaarneming is, maar schijnbaar willekeurige fluctuaties in de snelheidsinformatie die in de hersenen terechtkomt,” zei Wolbers.
Vroege ontdekking van dementie.
In eerdere studies hadden Wolbers en andere DZNE-onderzoekers ontdekt dat bij cognitief gezonde, oudere volwassenen bepaalde neuronen van de entorhinale cortex – de zogenaamde grid-cellen die essentieel zijn voor ruimtelijke navigatie, onregelmatig scoren: hun activiteit is onstabiel. Dit hield verband met leeftijdsgebonden oriëntatieproblemen. De huidige resultaten suggereren dat deze instabiliteit niet te wijten is aan storingen van de rastercellen zelf maar wordt veroorzaakt door ruis van buitenaf. Het probleem zit dus niet in de rastercellen, maar in de informatiestroom die de entorhinale cortex bereikt. Dit wijst op een mogelijkheid voor de vroege diagnose van Alzheimer.
“De ziekte van Alzheimer wordt in een vroeg stadium geassocieerd met schade aan de entorhinale cortex. Het is daarom redelijk om aan te nemen dat oriëntatiestoornissen zoals die die zich bij de ziekte van Alzheimer voordoen in dit deel van de hersenen ontstaan. In tegenstelling tot leeftijdsgebonden oriëntatieproblemen, zoals onze huidige studie suggereert,” legde Wolbers uit. “Dit zou een kans kunnen bieden om normale leeftijdsgebonden oriëntatieproblemen te onderscheiden van deze veroorzaakt door de ziekte van Alzheimer. Op de lange termijn willen we diagnostische methoden ontwikkelen die de ziekte van Alzheimer in een vroeg stadium detecteren. Dit kan mogelijk zijn met behulp van technologie zoals virtual reality. We bereiden daaromtrent momenteel klinische studies voor.”
Vertaling: Andre Teirlinck