Bij sommige kinderen met zeer ernstige epilepsie snijden artsen een groot deel van de hersenen los van de rest. Dit klinkt dramatisch, maar de ingreep kan levens redden. Wat er echter precies gebeurt met dat afgesneden stuk brein was tot nu toe onduidelijk.
Zo’n operatie heet een hemisferotomie. Artsen koppelen daarbij een hele hersenhelft (of een groot deel ervan) los van de andere hersenhelft. Het geïsoleerde stuk hersenen blijft wel in de schedel zitten en krijgt nog steeds bloed toegevoerd. De operatie wordt alleen uitgevoerd bij kinderen met ernstige epilepsie die niet op medicijnen reageert.
Kinderen die deze operatie ondergaan, kunnen vaak een verrassend normaal leven leiden. De gezonde hersenhelft neemt namelijk veel functies over. Maar wat gebeurt er eigenlijk met dat afgesneden stuk? Omdat het compleet is afgesloten van de buitenwereld kan niemand van buitenaf zien of daar nog iets gebeurt. Het roept een fundamentele vraag op: zou zo’n geïsoleerd hersendeel nog een vorm van bewustzijn kunnen hebben?
Diepe slaap
Om een antwoord op deze vraag te vinden, bestudeerden onderzoekers van de Universiteit van Milaan tien kinderen die deze operatie ondergingen. Ze namen metingen van de hersenactiviteit via elektroden op de schedel voor en na de ingreep. Dit gebeurde terwijl de kinderen wakker waren. Door de hersenactiviteit van de geïsoleerde en de gezonde hersenhelft te vergelijken, konden ze zien wat het verschil was. Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke vakblad PLOS Biology.
Na de operatie begon het afgesneden hersendeel langzame golven te produceren. Dit gebeurt ook tijdens diepe slaap. Dit patroon hield maanden en zelfs jaren na de operatie aan. De onderzoekers vergeleken de metingen met gegevens van gezonde kinderen en ontdekten dat de hersenactiviteit van het geïsoleerde deel het meest leek op die van fase 2 en 3 van de non-REM slaap. Dat zijn de diepste slaapfases waarin mensen zelden dromen.
Interessant genoeg bleef de gezonde hersenhelft normaal functioneren. Die vertoonde gewoon het activiteitspatroon van een wakker persoon. Dit verklaart waarom kinderen na de operatie nog steeds bij bewustzijn zijn en kunnen communiceren.
Bewustzijn is moeilijk te meten
Dit betekent dat het geïsoleerde hersendeel waarschijnlijk geen bewustzijn heeft of op zijn minst een sterk verminderd bewustzijn. Tijdens diepe slaap rapporteren mensen immers zelden dat ze gedroomd hebben. Toch moeten de onderzoekers voorzichtig zijn met definitieve conclusies. Bewustzijn kun je namelijk niet met absolute zekerheid vaststellen door alleen naar de hersenactiviteit te kijken en al zeker niet in structuren die niet meer met de buitenwereld kunnen communiceren.
De golven die de onderzoekers vonden, verschilden overigens op subtiele manieren van normale slaapgolven. Ze hadden lagere pieken en waren trager. Dat komt waarschijnlijk omdat bepaalde structuren diep in de hersenen normaal gesproken een belangrijke rol spelen bij het synchroniseren en versterken van deze golven. Deze verbindingen zijn bij een hemisferotomie doorgesneden.
Wat is de ‘standaardmodus’ van het brein?
De studie tracht ook een fundamentele vraag in de neurowetenschappen te beantwoorden: wat is eigenlijk de ‘standaardmodus’ van het brein? De onderzoekers hypothetiseren dat de hersenen zonder prikkels van buitenaf vanzelf terugkeren naar een soort ruststand waarin de hersenactiviteit vertraagt en lijkt op die van diepe slaap.
Dit verklaart mogelijk ook waarom mensen die een hersenletsel oplopen door bijvoorbeeld een beroerte soms langzame hersenactiviteit vertonen in de beschadigde gebieden, zelfs als ze wakker zijn. Ook dat zijn hersendelen die gedeeltelijk zijn ‘afgesneden’ van hun normale verbindingen.
De onderzoekers willen hier in de toekomst dieper op ingaan. Ze willen bijvoorbeeld elektroden rechtstreeks in de hersenen plaatsen om nauwkeuriger te kunnen meten wat er precies gebeurt.