Migraine gevolg van kritisch kantelpunt in neuronennetwerk

4 september 2013

Eén scherp omslagpunt in een netwerk van neuronen in het brein zet een migraineaanval in gang. Dat betogen de drie NWO-Spinozalaureaten Michel Ferrari, Marten Scheffer en Albert van den Berg in Open Access tijdschrift PLoS one. Als er inderdaad sprake is van een kritiek omslagpunt aan het begin van een migraineaanval, maakt dat het mogelijk om een aanval te voorspellen en te behandelen voordat de patiënt zelf symptomen ervaart.

Een migraineaanval begint waarschijnlijk met een golf van extreme depolarisatie – ontlading – van zenuwcellen, waarna deze gedurende minstens een half uur uitgeput blijven. Die depolarisatie start op één punt in het brein en verspreidt zich vervolgens als een niet te stoppen golf door de hersenschors en gebieden dieper in het brein. De golf veroorzaakt visuele en andere neurologische verschijnselen en activeert vermoedelijk ook het 'hoofdpijnsysteem' in de hersenen waardoor de voor migraine zo kenmerkende heftige hoofdpijn ontstaat. Maar tot nu toe is vrijwel onbekend hoe deze golf start.

De onderzoekers laten in hun artikel zien dat de golf kan ontstaan doordat bekende factoren als genetische aanleg en hormonale schommelingen ervoor zorgen dat de prikkelbaarheid van neuronen geleidelijk toeneemt, tótdat er een punt wordt bereikt waarop de kleinste verandering – zoals een lichtimpuls - kan zorgen voor een omslag naar depolarisatie. Wiskundig bioloog Marten Scheffer: 'Het kantelpunt is te vergelijken met achterover leunen op een stoel: al achteroverleunend lijk je redelijk stabiel te zitten en is er nog niets aan de hand, maar de minste verstoring kan er in die toestand voor zorgen dat je met een klap achterover valt. Hoe minder ver je leunt, hoe makkelijker je nog kunt herstellen.'

Op het moment dat de neuronen hun uiterste staat van prikkelbaarheid hebben bereikt kan de activiteit van een nabije neuron al zorgen voor een omslag, en kunnen neuronen elkaar gemakkelijk 'aansteken'. Daardoor kan de golf zich verder verspreiden. In wiskundige modellen toont het team aan dat bekende processen in het brein elkaar inderdaad op de voorspelde manier kunnen beïnvloeden.

Hersteltijd

'De grote vraag is nu of we aan de hand van de tijd die een neuron nodig heeft om na een prikkel terug te keren naar een normale toestand kunnen meten of het brein in de buurt van zo'n kritiek omslagpunt komt. Net zoals je als je niet ver achterover leunt nog snel kan herstellen als iemand zachtjes duwt, maar daar als je ver leunt al langer voor nodig hebt. Het is een universeel gegeven dat complexe systemen in de buurt van een kantelpunt langzamer herstellen van kleine verstoringen, dus dat biedt aanknopingspunten.' aldus Scheffer.

De onderzoekers verwachten dat de hersteltijd van zenuwcellen gebruikt kan worden om te voorspellen hoe ver een patiënt van een aanval af zit. Hoe sneller het brein terugveert na kleine impulsen (zoals lichtflitsjes), des te verder weg is de aanval. Het meten van de hersteltijd maakt het mogelijk om medicatie veel gerichter toe te dienen. Migrainepatiënten nemen nu vaak dagelijks preventief medicijnen met zware bijwerkingen in om een incidentele aanval te voorkomen. Daarnaast biedt deze kennis de mogelijkheid om het ontstaan van migraine nauwkeuriger te bestuderen. Momenteel loopt er binnen het project van de drie Spinozalaureaten een studie naar veranderingen in de tijd van het herstelvermogen van de hersenen van migrainepatiënten.

Bijzondere samenwerking

De samenwerking tussen Michel Ferrari, Marten Scheffer en Albert van den Berg komt voort uit hun eerste kennismaking bij het ontvangen van de NWO-Spinozapremies in 2009. De NWO-Spinozapremie is de hoogste Nederlandse onderscheiding in de wetenschap. Achter de schermen bij de uitreiking van de premies ontstond het idee om de kennis van hun drie verschillende vakgebieden te bundelen binnen onderzoek naar migraine.

Michel Ferrari (LUMC) is als neuroloog gespecialiseerd in onderzoek naar migraine, wiskundig bioloog Marten Scheffer (Wageningen Universiteit) doet onderzoek naar plotselinge omslagpunten in complexe systemen en nanotechnoloog Albert van den Berg (Universiteit Twente) werkt onder andere aan het nauwkeurig meten van processen in het lichaam met behulp van ‘labs-on-a-chip’. De drie laureaten investeerden ieder een deel van hun premie in het gezamenlijke onderzoek. De publicatie in PLoS One is de eerste wetenschappelijke publicatie die voortkomt uit het project.

Over NWO

De Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) is met een budget van 625 miljoen euro per jaar een van de grootste wetenschapsfinanciers in Nederland. NWO stimuleert kwaliteit en vernieuwing in de wetenschap door het beste onderzoek te selecteren en te financieren. NWO beheert onderzoeksinstituten van (inter)nationaal belang, geeft mede richting aan het wetenschappelijk onderzoek in Nederland en brengt wetenschap en maatschappij bij elkaar. Onderzoeksvoorstellen worden beoordeeld en geselecteerd door vooraanstaande wetenschappers uit binnen- en buitenland. Dankzij financiering van NWO kunnen meer dan vijfduizend wetenschappers onderzoek doen.

 

Meer informatie


Bron: NWO

Contact

Neem voor meer informatie contact op met de afdeling Communicatie, via +31 (0)70 344 07 29 of mail naar: