Persbericht 10 december 2015

Sommige delen van onze hersenen die geluid verwerken hebben voor elke toonhoogte een apart plekje, opeenvolgende toonhoogtes worden naast elkaar verwerkt net als het toetsenbord van een piano. Een deeltje - het auditieve deel van de thalamus - verwerkt elke klank zelfs op twee `toetsenborden' naast elkaar. Dat is een van de ontdekkingen van hersenonderzoeker Michelle Moerel, die met Rubicon-financiering van NWO-MaGW in het Center for Magnetic Resonance Research (CMRR) in Minneapolis (USA) metingen verrichtte naar klankverwerking door mensen. Haar bevindingen zijn recent gepubliceerd in Scientific Reports.

Michelle Moerel onderzocht in twee kleine subcorticale - onder de hersenschors gelegen - gebieden in het menselijke brein hoe mensen geluiden verwerken. Deze zogeheten inferieure colliculi, waarvan iedereen er twee heeft, en het auditieve deel van de thalamus, maken deel uit van het gehoorsysteem in de hersenen. Omdat het gebiedjes zijn van slechts enkele kubieke millimeters in omvang, maakte Moerel gebruik van MRI-scanners met een ultra-sterk magnetisch veld met een vermogen van 7 Tesla. Daardoor konden de onderzoekers de hersenen en hersenprocessen met een veel hogere resolutie zien dan met conventionele MRI-scanners mogelijk is.

Moerel: `In Maastricht zijn ook zulke krachtige scanners, maar bij CMRR kon ik leren van experts op het gebied van het gebruik van deze scanners om de functie van auditieve hersengebieden te onderzoeken. We weten nog zo weinig over de menselijke hersengebieden die zich met geluid bezighouden. Bij dieren is al meer bekend. Maar wat zich in een mensenhoofd afspeelt is veel complexer. Wij verwerken immers ingewikkelde geluiden als gesproken taal en muziek. Hoe wij daar precies toe in staat zijn is voor een groot deel nog onduidelijk.'

Tijdens het experiment kregen proefpersonen in de MRI-scanner allerlei geluiden te horen, zoals muziek, diergeluiden en spraak. Deze geluiden kwamen van verschillende locaties ten opzichte van de participant. Het onderzoek leverde op dat geluid dat van links komt, in de rechter inferieure colliculus en thalamus verwerkt wordt. En andersom. Dit resultaat verraste niet, omdat dit ook uit eerder dierenonderzoek gebleken was.

Maar de onderzoekers vonden nog iets. In zowel de inferieure colliculi als in de thalamus is geluidsverwerking `tonotopisch' georganiseerd, oftewel per toonhoogte. Elk stukje in de onderzochte gebieden reageerde het beste op een bepaalde geluidsfrequentie. Dat konden de onderzoekers zien omdat dat deel op zo'n moment het meeste zuurstof verbruikt. Opeenvolgende toonhoogtes blijken naast elkaar te worden verwerkt, te vergelijken met de toetsen op een piano. En nog opmerkelijker: in de inferieure colliculi is sprake van een representatie (`volledig toetsenbord') van alle toonhoogtes, in het auditieve deel van de thalamus zijn dat twee van die 'toetsenborden'. Waarom juist daar die dubbele verwerking van alle toonhoogtes is onduidelijk.

Het is de eerste keer dat geluidsverwerking in de auditieve thalamus is onderzocht. Van oudsher houden hersenonderzoekers zich meer bezig met visuele verwerking in het brein en veel minder naar die van geluid.

Michelle Moerel (1985) startte in 2013 haar onderzoeksproject `Singing birds and human voices: Processing of natural sounds by the human brain' aan de University of Minnesota, Center for Magnetic Resonance Research - CMRR Medical School met Rubicon-financiering. Moerel is inmiddels aan de Maastricht University, Faculty of Psychology and Neuroscience, Cognitive Neuroscience en het Maastricht Centre for Systems Biology (MaCSBio) met Veni-financiering begonnen aan het project `Whose phone is that? An ultra-high field fMRI investigation of attentive listening and auditory cortical plasticity'. Moerel promoveerde in 2013 aan de Maastricht University met Toptalent-financiering van NWO.