Bij mensen met zeer ernstige epilepsie helpt soms alleen een hersenoperatie. Helaas werkt ook die ingreep niet bij iedereen. Wiskundige modellen van hersenactiviteit helpen ontrafelen wat er spaak loopt in het epileptisch brein.

Topsport noemt neuroloog en klinisch neurofysioloog Frans Leijten de behandeling van mensen met zeer zware epilepsie, voor wie geen medicijn werkt. ‘Sommige mensen kunnen we niet behandelen. Dat geeft je als arts enorme stress. Door wetenschappelijk onderzoek te doen, hoop je iets te kunnen verbeteren.’ 

Ingrijpende diagnostiek

In ons land ondergaan jaarlijks 130 mensen met zeer ernstige epilepsie een hersenoperatie. Leijten, verbonden aan het Hersencentrum van het UMC Utrecht, vertelt dat daar jaarlijks tien tot twaalf mensen met epilepsie voorafgaand aan hun operatie een speciaal onderzoek ondergaan dat een week duurt. Een onder de schedel geïmplanteerd elektrodenmatje (grid) meet de elektrische activiteit in hersengebieden, registreert aanvallen en kan elektrische impulsen geven aan de hersenschors. Dat onderzoek helpt de specialisten bij het bepalen waar in de hersenen de epileptische ‘haard’ zit. Is de ‘rotte plek’, zoals Leijten die noemt, gevonden, dan kan de neurochirurg die verwijderen. ‘In een bepaald hersengebied, de slaapkwab, zijn zulke operaties heel succesvol. Maar daarbuiten helpen ze maar in de helft van de gevallen.’

Rotte plek of netwerk

Leijten geeft al tien jaar colleges bij technische geneeskunde aan de Universiteit Twente, een vakgebied dat bruggen slaat tussen geneeskunde en techniek. Daar kwam hij ook in aanraking met onderzoekers van de afdeling toegepaste wiskunde. Stephan van Gils, hoogleraar niet-lineaire analyse in Twente, vertelt dat wiskundigen zich sinds de jaren zeventig van de vorige eeuw verdiepen in de werking van het brein. ‘Onze groep concentreert zich sinds negen jaar op biofysische modellen die we met wiskundige methoden analyseren.’ Het is niet mogelijk alle neuronen en onderlinge verbindingen in de hersenen stuk voor stuk te beschrijven en te modelleren. Daarvoor zijn het er te veel, legt Van Gils uit. ‘Wij werken daarom met grovere modellen die toch bruikbaar zijn voor metingen die we willen verrichten, bijvoorbeeld bij de ziekte van Parkinson.’ 

Metingen nabootsen

Leijten en Van Gils hebben samen een project opgezet om beter te kunnen voorspellen welk gebied van de hersenen epilepsie veroorzaakt. De neuroloog bracht de klinische kennis, vragen en gegevens in waarop de biofysici en wiskundigen hun epileptisch model bouwden. Dat leverde unieke nabootsingen van EEG-metingen op. Stephan van Gils: ‘Data van bij patiënten geïmplanteerde elektroden gebruiken we om het onderliggende neurale netwerk in kaart te brengen. Vervolgens gebruiken we biofysische modellen om te bekijken welke activiteit het netwerk genereert. Ten slotte bekijken we hoe we het netwerk minder epileptisch kunnen maken door er een klein stukje uit te knippen.’

Het model laat zien dat de boosdoener van een epileptische aanval niet altijd een verhoogd prikkelbaar gebied is

Leijten: ‘Aan signalen van EEG’s herken je vaak gebieden die te actief zijn. Doorgaans lijken epileptische aanvallen uit dat gebied te komen. Maar bestudering van het met ons model nagebootste netwerk laat zien dat de aanzwengelaar van een epileptische aanval niet altijd het verhoogd prikkelbaar gebied zelf is. Er kunnen juist prikkelarme, maar op een bepaalde manier gevaarlijk verbonden gebieden aanvallen opwekken. Die drivers zijn actief vanuit een andere plek dan verwacht. Zo’n ogenschijnlijk stille driver zou kunnen verklaren waarom er mensen zijn die na een operatie toch aanvallen blijven houden.’

Verfijning

Het gedrag van gemodelleerde groepen zenuwcellen, dat wordt vertaald in signalen, lijkt volgens Frans Leijten op een EEG uit de kliniek. ‘Net als bij mensen is het onvoorspelbaar, het benadert de werkelijkheid.’ Toch is het model nog simpel, erkennen Leijten en Van Gils. Aan verfijning wordt gewerkt. ‘We willen graag retrospectieve studies gaan doen’, zegt Van Gils, ‘waarbij we voorspellingen op grond van het simulatiemodel vergelijken met het tijdens de operatie daadwerkelijk weggehaalde gebied.’  

Diagnostiek met computermodel

Voor toepassing van computervoorspellingen in de operatiekamer, om de neurochirurg te leiden naar de juiste weg te nemen plek, is het nog te vroeg, benadrukt Leijten. ‘Ik ben voorlopig blij als we aan de hand van een retrospectieve studie ons vermoeden van het bestaan van drivers verder aannemelijk kunnen maken. Dan moeten ook andere groepen ons onderzoek bevestigen. Pas daarna zouden we een dergelijke studieopzet kunnen voorleggen aan de Medisch Ethische Toetsingscommissie.’ 

Zonder proefdieren

Frans Leijten is, net als Stephan van Gils, verheugd over de resultaten van het onderzoek, waar promovendus Jurgen Hebbink in 2018 op hoopt te promoveren. Ten eerste vanwege het concept. Leijten: ‘Dat heeft een shift in mijn denken veroorzaakt. We moeten bij behandelingen meer uitgaan van de netwerkbenadering en gaan zoeken naar gevaarlijke verbindingen met de optie om die te verwijderen.’ De vraag is nog wel hoe dat wegnemen dan zou moeten. Ten tweede denkt hij dat computermodellering proefdiergebruik kan verminderen. ‘De hersenen zijn zo ingewikkeld en moeilijk te begrijpen, dat je voor fundamenteel onderzoek op proefdieren moet terugvallen. Ik heb dat nooit gedaan, maar met dit computermodel van de hersenen kunnen we nu heel veel onderzoek en experimenten doen.’

Translationeel onderzoek

Bij translationeel onderzoek worden resultaten uit fundamenteel onderzoek vertaald naar de eerste toepassing in de kliniek. ZonMw stelt via verschillende programma’s subsidies beschikbaar om deze eerste stappen mogelijk te maken. Dit project is door het Epilepsiefonds en ZonMw gefinancierd en is onderdeel van het Programma Translationeel Onderzoek.


Auteur: Angela Rijnen 
Foto: Shutterstock

Naar boven
Direct naar: NavigatieDirect naar: InhoudDirect naar: Onderkant website