Wat kan onderzoek van zenuwbanen ons leren over mentale gezondheid?

Neurowetenschapper Kay M. Tye onderzoekt hoe onze hersenen een complexe emotionele toestand kunnen creëren, zoals een depressie, angst of eenzaamheid. Op basis van baanbrekend wetenschappelijk onderzoek deelt ze haar laatste ontdekkingen, zoals de ontwikkeling van een techniek waarbij licht wordt gebruikt om specifieke neuronen te activeren en drastische gedragsveranderingen te creëren in muizen. Deze ontdekkingen zullen je opvattingen over de geest veranderen en ons op weg helpen naar effectieve behandelingen voor psychische stoornissen.

Ik zal beginnen met iets
waarvan je dénkt dat je het begrijpt.

Je brein creëert
alle facetten van je geest.

Waarom behandelen we
mentale en fysieke ziekten

dan zo anders,

als we denken dat onze geest
uit ons brein voortkomt?

Als neurowetenschapper hoor ik vaak

dat ik niet mag bestuderen
hoe interne belevingen

zoals angst, verlangens of eenzaamheid

zich in de hersenen manifesteren,

dus besloot ik om precies dat te doen.

Mijn onderzoeksprogramma is ontworpen
om de geest te begrijpen

door hersencircuits te onderzoeken.

Specifiek: hoe ontstaan emoties
in onze hersenen?

Het is heel moeilijk om gevoelens
en emoties te bestuderen,

omdat je ze niet kan meten.

Gedrag geeft ons nog altijd
het beste en enige inzicht

in de emotionele ervaring van een ander.

Zowel voor dieren als mensen,

is ook zelfrapportage
gedragsmatige output.

Gemotiveerd gedrag valt uiteen
in twee algemene categorieën:

plezier opzoeken en pijn vermijden.

De kunde om te benaderen
wat goed voor je is

en te vermijden wat slecht voor je is,

is cruciaal om te overleven

en in onze moderne maatschappij

kunnen problemen hiermee
gelabeld worden als een mentale stoornis.

Als ik problemen heb met mijn auto

en ik breng hem naar de garage,

dan is het eerste wat ze doen
onder de motorkap kijken.

Maar bij onderzoek naar mentale gezondheid

kan je niet zomaar met een knop
de motorkap openen.

Dus daarom voeren we
experimenten uit op dieren.

In mijn labo werk ik met muizen.

Om de hersenen te begrijpen
moeten we ze bestuderen.

En voor het eerst in de geschiedenis
kunnen we dit ook.

We kunnen de motorkap openen,

kijken wat eronder zit

en experimenten doen
om te zien wat er gebeurt.

Technologie heeft nieuwe vensters geopend
in de zwarte doos van onze geest.

De ontwikkeling
van optogenetische technieken

geeft ons een ongeëvenaarde controle
over specifieke neuronen in onze hersenen

en hoe ze met elkaar spreken
door elektrische signalen af te vuren.

Via genetische manipulatie kunnen we
neuronen lichtgevoelig maken

en dan licht gebruiken om na te gaan
hoe neuronen signalen afvuren.

Dit kan het gedrag van dieren veranderen,

wat ons inzicht geeft
in wat dat neuraal circuit kan doen.

Wil je weten hoe
wetenschappers dit uitzoeken?

Ze hebben optogenetische tools ontwikkeld

door kennis te ontlenen
uit andere takken van de wetenschap.

Algen zijn eencellige organismen

die zijn geëvolueerd
om naar het licht te zwemmen.

En wanneer er blauw licht schijnt
op de oogvlek van een algencel,

opent een kanaal
dat een elektrosignaal stuurt.

Zo beginnen de flagella te flapperen

en bewegen de algen zich voort
naar het zonlicht.

Als we dit lichtgevoelige deel
van de algen klonen

en het via genetische modificatie
in neuronen inplanten,

kunnen we neuronen
ook lichtgevoelig maken.

Alleen geldt voor neuronen

dat als we licht via optische vezels
diep in de hersenen sturen,

we veranderen hoe ze elektrische signalen
naar andere neuronen sturen,

wat op zijn beurt
het gedrag van het dier verandert.

Met de hulp van mijn collega's

was ik pionier in het gebruik
van optogenetische tools

om selectief neuronen te beïnvloeden
die leven in punt A,

door boodschappen te sturen
via bedrading gericht op punt B.

Zo worden andere neuronen
in dezelfde buurt niet verstoord.

Op die manier konden we
de functie van elk draadje testen

in de wirwar van onze hersenen.

De amygdala in onze hersenen

wordt al langer belangrijk geacht
voor onze emoties

en mijn laboratorium ontdekte

dat de amygdala
op een splitsing in de weg lijkt.

Activatie van het ene pad kan tot
positieve emoties en benadering leiden

en activatie van het andere pad
tot negatieve emoties en vermijding.

Ik zal jullie enkele voorbeelden tonen.

Een voorproefje van ruwe data

dat aantoont hoe we met optogenetica
specifieke neuronen kunnen beïnvloeden

en heel specifieke gedragsveranderingen
kunnen uitlokken.

Patiënten met een angststoornis
hebben een abnormale communicatie

tussen twee delen van de amygdala,

maar bij mensen is het moeilijk te weten

of deze anomalie oorzaak
of gevolg is van de ziekte.

We kunnen optogenetica gebruiken
op dezelfde zenuwbaan bij muizen

en zien wat er gebeurt.

Dit is het 'elevated plus' doolhof.

Een veelgebruikte test die angst meet

door na te gaan hoe lang de muis

in de veiligheid
van de gesloten armen doorbrengt

versus het verkennen van de open armen.

Muizen zijn zo geëvolueerd
dat ze gesloten ruimtes verkiezen,

zoals de veiligheid van hun hol,

maar om voedsel, water
en een partner te vinden

moeten ze zich naar buiten begeven,

waar ze kwetsbaarder zijn voor roofdieren.

Dus ik zit hier op de achtergrond

en ga de schakelaar overhalen.

Als ik dat doe, gaat het licht aan

en kan je zien dat de muis
op onderzoek gaat

in de open armen van het doolhof.

En in contrast tot behandelingen
met angstmedicijnen

is er geen verdoving,
geen bewegingsstoornis,

enkel gecoördineerde,
natuurlijk uitziende verkenning.

Dus niet alleen is het effect
bijna onmiddellijk zichtbaar,

er zijn evenmin
waarneembare neveneffecten.

Als ik nu de schakelaar uitzet,

kan je zien dat de muis
terugkeert naar zijn normale hersenfunctie

en terug naar zijn hoekje.

Toen ik in het labo deze data bekeek,

was ik helemaal alleen en zo opgewonden

dat ik een geruisloos gilletje gaf.

(Stil) Aah!

(Gelach)

Waarom?

Theoretisch wist ik al
dat de hersenen onze geest beïnvloeden,

maar om de schakelaar
met mijn eigen hand te bedienen

en te zien hoe de muis
zijn gedrag veranderde,

zo snel en omkeerbaar,

dat was de eerste keer
dat ik het echt geloofde.

Sinds die eerste doorbraak

werden nog een aantal
andere ontdekkingen gedaan

van specifieke neurale circuits
die grote veranderingen kunnen uitlokken

in het gedrag van dieren.

Hier is nog een voorbeeld:
compulsief overeten.

We eten omwille van twee redenen.

Om plezier op te zoeken,
zoals lekker eten,

of pijn te vermijden, zoals honger lijden.

Hoe kunnen we compulsief
overeten behandelen

zonder onze voedingsreflex te verstoren
die nodig is om te overleven?

De eerste stap is om te begrijpen

hoe onze hersenen
de zoektocht naar voeding uitlokken.

Deze goed gevoede muis
is een ruimte aan het verkennen

waar geen voedsel te vinden is.

Hier gebruiken we optogenetica
op de neuronen in de hypothalamus,

waarbij boodschappen worden verstuurd
via draden gericht op de middenhersenen.

Wanneer ik hier het licht aandoe,

zie je dat de muis
meteen de vloer begint te likken.

(Gelach)

Dit schijnbaar uitzinnige gedrag

zal zometeen escaleren
tot iets wat ik ongelooflijk vind.

Het is zelfs een beetje geschift.

Klaar?

Hier zie je het.

De muis brengt zijn pootjes omhoog
alsof hij een stukje voedsel eet,

alleen is er niets,
hij heeft niets in zijn pootjes.

Dus dit circuit volstaat
om voedingsgedrag aan te sturen

zonder dat er sprake is van honger

en zelfs zonder dat er eten aanwezig is.

Ik weet niet hoe deze muis zich voelt,

maar ik denk dat deze neuronen
de drang naar eten beïnvloeden

op basis van het gedrag dat ontstaat
als we ons op deze zenuwbanen richten.

Doen we het licht opnieuw uit,

dan is zijn gedrag weer normaal.

Als we deze zenuwbaan
het zwijgen opleggen,

kunnen we compulsief overeten
onderdrukken en verminderen

zonder dat we de hongergedreven
eetreflex verstoren.

Wat heb je geleerd uit de twee video's

die ik jullie heb getoond?

Dat een heel specifieke verandering
in de neurale circuits van de hersenen

een heel specifieke verandering
kan veroorzaken in het gedrag.

Dat elke bewuste ervaring die we hebben,

wordt aangestuurd
door cellen in onze hersenen.

Ik ben de dochter
van een fysicus en een bioloog

die elkaar letterlijk hebben ontmoet
op de boot naar Amerika,

op weg naar een opleiding.

Dus uiteraard

was er 'geen druk'
om een wetenschapper te worden...

(Gelach)

Als student

moest ik kiezen: focussen op psychologie,
de studie van de geest,

of neurowetenschappen,
de studie van de hersenen.

Ik koos voor neurowetenschappen,

omdat ik wou begrijpen
hoe de geest ontstaat

uit biologisch weefsel.

Maar eigenlijk is de cirkel rond
en doe ik beide.

En nu probeer ik met mijn onderzoek

de afstand tussen het brein
en de geest te overbruggen.

Onderzoek van mijn labo

doet vermoeden dat we
specifieke neurale circuits kunnen linken

aan emotionele toestanden.

En we hebben circuits gevonden

die angstgerelateerd gedrag controleren,

zoals compulsief overeten,

sociale interactie, vermijding

en vele andere soorten gemotiveerd gedrag

die interne emotionele toestanden
kunnen weerspiegelen.

Vroeger dacht men dat hersengebieden
de functies van onze geest bepaalden.

Maar ik stel vast
dat in een bepaald hersengebied

veel verschillende neuronen
verschillende functies hebben.

En deze functies worden deels bepaald
door de banen die ze volgen.

Een metafoor kan helpen illustreren

hoe deze ontdekkingen onze ideeën
over de hersenen veranderen.

Stel je voor dat de hersenen
de wereld zijn,

terwijl neuronen de mensen zijn.

En we willen begrijpen hoe informatie
zich over de planeet verspreidt.

Het is uiteraard handig om te weten

waar iemand zich bevindt
wanneer we registreren wat hij zegt.

Maar het lijkt me even belangrijk

om te weten tegen wie deze persoon praat,

wie er luistert

en hoe de luisteraars reageren
op de verkregen informatie.

De huidige behandeling
van mentale problemen

is hoofdzakelijk
een strategie van trial en error.

En het werkt niet.

De ontwikkeling van nieuwe medicinale
behandelingen voor mentale problemen

zit vast,

en sinds de jaren 1950 is er amper sprake
van echte vooruitgang.

Dus wat heeft de toekomst in petto?

In de nabije toekomst

verwacht ik een revolutie
in de psychische zorg,

waarbij we focussen op specifieke
neurale circuits in de hersenen.

Diagnoses zullen zowel gemaakt worden
op basis van gedragssymptomen

als meetbare hersenactiviteit.

Verder in de toekomst

kunnen de combinatie
van acute ingrepen in de hersenen

en acute gedragsveranderingen

alsook onze kennis over hersenplasticiteit
voor meer permanente veranderingen

ons helpen om de hersenen te stimuleren
om zichzelf te herstellen

door neurale circuits te herprogrammeren.

Exposuretherapie op het niveau
van onze zenuwbanen.

Eens we de hersenen kunnen overhalen
om zichzelf te herstellen

zou dit langdurige effecten kunnen hebben

zonder bijwerkingen.

Ik zie een toekomst waarin
de herprogrammering van neurale circuits

een mogelijke remedie kan zijn,
en niet enkel een behandeling.

OK, maar wat kunnen we nu meteen doen?

Als jullie vanaf nu

allemaal naar huis terugkeren

en echt geloven dat onze geest voor 100%
afkomstig is van onze hersencellen,

dan kunnen we meteen komaf maken
met de negatieve percepties en stigma's

die velen ervan weerhouden

om de nodige psychische
steun op te zoeken.

Mentalegezondheidsexperts

denken altijd na over
de volgende nieuwe behandeling.

Maar voor we nieuwe behandelingen
kunnen toepassen,

moeten mensen zich op hun gemak voelen
om ze op te zoeken.

Stel je voor hoe we de zelfmoordcijfers
zouden kunnen doen dalen

en de schietpartijen op school

als iedereen die psychische steun
nodig heeft, die ook zou krijgen.

Als we echt begrijpen hoe onze geest
voortkomt uit onze hersenen,

zullen we het leven verbeteren

van iedereen die ooit
een mentale ziekte krijgt,

dat is de helft van de bevolking,

maar ook van alle anderen
met wie zij de wereld delen.

Bedankt.

(Applaus)