Onderzoekers hebben bij ratten met een cochleair implantaat (CI) laten zien dat zogeheten optogenetische stimulatie van neuronen die met alertheid te maken hebben ervoor kan zorgen dat het leren horen sneller verloopt. De onderzoekers stimuleerde de blauwe kern (locus caeruleus) in de hersenen van de ratten. Het stofje noradrenaline afkomstig van deze kern die zich in de hersenstam bevindt, zou mogelijk zorgen voor de positieve invloed. De hersenstimulatie zorgde ook voor een grotere nauwkeurigheid op de lange termijn. Het onderzoek laat zien dat stimulatie van bepaalde hersendelen de neuroplasticiteit van de hersenen kan vergroten en zo de resultaten met een CI positief kan beïnvloeden. Omdat stimulatie van deze gebieden bij mensen aanzienlijke risico’s met zich meeneemt, is een paar koppen koffie drinken voorlopig een beter alternatief.
Grote individuele verschillen na activeren geluidsprocessor cochleair implantaat
De een zal na het activeren van de geluidsprocessor van een cochleair implantaat direct spraakklanken herkennen, terwijl dit bij de ander maanden of langer in beslag kan nemen. Het leren horen met een CI kan aardig wat training vereisen. De individuele verschillen zijn niet te verklaren door de leeftijd en hoe lang iemand al slechthorend is. Ook zijn de verschillen niet te verklaren door het merk geluidsprocessor of het soort elektrode van het implantaat. Mogelijk ligt de oorzaak van de gevonden verschillen in de hersenen.
Neuroplasticiteit hersenen
Wetenschappers veronderstellen dat er zogeheten neuroplasticiteit in de hersenen nodig is om met een cochleair implantaat weer te kunnen horen en verstaan. Het brein van de drager moet in staat zijn zich aan te passen aan de nieuwe geluidservaringen. Hoe het zit met deze neuroplasticiteit van het deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor het horen bij het dragen van een cochleair implantaat is nog maar weinig bekend.
Noradrenaline heeft mogelijk invloed
Het stofje noradrenaline afkomstig van de blauwe kern, de locus caeruleus, in de hersenstam zou mogelijk invloed hebben op de neuroplasticiteit. Bij doofgemaakte ratten met een cochleair implantaat bleek zogeheten optogenetische stimulatie van deze kern het leren sneller te doen verlopen. Ook zorgde het voor een grotere nauwkeurigheid op de lange termijn. Invloed uitoefenen op activiteit van bepaalde hersendelen kan dus de potentie hebben om de neuroplasticiteit van de hersenen positief te beïnvloeden om zo sneller tot positieve resultaten te komen met een cochleair implantaat.
Optogenetische stimulatie
Optogenetische stimulatie is een techniek die neurowetenschappers gebruiken om lichtgevoelige eiwitten in individuele neuronen te plaatsen. De activiteit van de neuronen kunnen ze vervolgens door middel van licht beïnvloeden. Door licht van een specifieke golflengte op de cellen te schijnen, is het mogelijk om hun activiteit te activeren of te onderdrukken. Met deze techniek zijn wetenschappers in staat om de functie van specifieke cellen of circuits in de hersenen te bestuderen en te beïnvloeden.
Het onderzoek bij ratten met een cochleair implantaat
De onderzoekers keken naar het gedrag van ratten die doof gemaakt waren en voorzien waren van een cochleair implantaat. Zestien ratten werden getraind op een auditieve taak door middel van beloning. Bij het horen van een specifieke melodie konden de ratten hun neusje in een boxje steken en kregen ze een beloning. Wanneer er andere melodietjes te horen waren kregen ze de beloning niet. Ze leerden zo om het gedrag alleen te vertonen bij het specifieke melodietje en niet bij de andere melodietjes. De onderzoekers zagen dat de activiteit van de neuronen in de ‘locus caeruleus’ toenam wanneer de ratten correct reageerde op de melodie en verminderde wanneer ze fouten maakten. Door neuronen in de locus caeruleus te stimuleren waren de ratten sneller in staat melodietjes te herkennen.
Locus caeruleus
De locus caeruleus ook wel blauwe kern genoemd, maakt geen onderdeel uit van ons auditieve systeem. Het zorgt wel voor het vrijmaken van de neurotransmitter noradrenaline. Noradrenaline zorgt voor een grotere alertheid. De locus caeruleus speelt tegelijkertijd ook een rol bij het leren, ons geheugen en aandacht. Wanneer noradrenaline in het auditieve system terecht komt en in delen van de hersenen die verantwoordelijk zijn voor het leren, het geven van aandacht en opslaan van informatie, kan dit het leer- en verwerkingsproces van auditieve signalen positief beïnvloeden.
Toepassing bij mensen
De resultaten van het onderzoek die gepubliceerd zijn in het tijdschrift Nature geven belangrijk inzicht hoe de hersenen geluiden verwerken en hoe de neuroplasticiteit is te beïnvloeden. Het is echter nog lang niet mogelijk om bij mensen met een cochleair implantaat het leervermogen op dezelfde manier te stimuleren. Het stimuleren van de blauwe kern bij mensen kan namelijk gevaarlijk zijn. De kern stuurt signalen naar meerdere hersendelen en reguleert ook de zogeheten vecht-vlucht respons. Zo kan door de afgifte van noradrenaline te stimuleren de hartslag en bloeddruk omhoog gaan.
Kopjes koffie veiliger alternatief
Onderzoekers gaan er vanuit dat koffie ook de aanmaak van de neurotransmitters serotonine, dopamine en noradrenaline bevordert. Uit eerder onderzoek bij muizen is gebleken dat het angst kan reduceren en ook het functioneren en het leren kan verbeteren in nieuwe situaties die normaliter stress veroorzaken. Een paar kopjes koffie nemen bij het leren horen met een cochleair implantaat is vooralsnog een veiligere alternatief.
Cochleair implantaat
Een cochleair implantaat (CI) is een klein elektronisch toestel dat doven en zeer ernstig slechthorenden in staat stelt geluiden weer waar te nemen. Een chirurg implanteert het cochleair implantaat (CI) onder de huid. Door de aangedane delen met een cochleair implantaat van het oor te omzeilen (de defecte haarcellen in het slakkenhuis) en via stroompulsjes de hoorzenuwen te stimuleren zijn (zeer) ernstig slechthorenden en doven weer in staat geluiden op te vangen en spraak te verstaan.
Bron: Glennon, E., Valtcheva, S., Zhu, A. et al. Locus coeruleus activity improves cochlear implant performance. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05554-8
