Zenuwcellen die zich ongecontroleerd ontladen in ons brein kunnen een soort kortsluiting veroorzaken. Dit is het geval bij patiënten met epilepsie. Om beter inzicht te krijgen in de oorzaken van de aandoening, bootste student Werktuigbouwkunde Patrick Neefs een neuraal netwerk na. Niet met zenuwcellen, maar met printplaten.

Zenuwcellen die stroomstootjes aan elkaar afgeven, vormen het werkend principe van het menselijk brein. Zien we een oude bekende, dan herkennen we die als zodanig doordat zenuwcellen in het ‘visuele gedeelte’ van onze hersenen samenwerken met hun collega’s in het ‘geheugengedeelte’. Ze geven daarbij allemaal tegelijkertijd een spanning af van dezelfde sterkte. Een dergelijke ‘synchronisatie’ vindt echter ook plaats bij een epileptische aanval.

“Onderzoek naar dit verschijnsel gebeurt vaak met behulp van computerprogramma’s”, vertelt Neefs. “Ik heb dit gedaan met een experimentele opstelling. Een wiskundig model dat het gedrag van zenuwcellen beschrijft, heb ik omgezet naar een elektronisch equivalent: een printplaatje met op-amps (versterkers, red.), condensatoren en weerstanden.”

In het experiment van Neefs zijn zestien ‘elektronische zenuwcellen’ via een zogeheten koppelingsinterface aan elkaar verbonden. De interface bepaalt met behulp van software volgens welke structuur de cellen onderling zijn verbonden. “Elke zenuwcel stuurt een signaal naar de koppelingsinterface en afhankelijk van de ingeprogrammeerde structuur krijgt de cel een signaal terug”, zegt Neefs. “De structuur waarin de zenuwcellen verbonden zijn, beïnvloedt het synchronisatiegedrag van de cellen.” Vergelijk het met een ouderwets doorfluisterspel: een bericht dat in een grote kring mensen wordt doorgefluisterd, blijkt aan het eind van de kring vaak vervormd. Fluister je vanuit het centrum een aantal mensen tegelijkertijd hetzelfde toe, dan is de kans groter dat de hele groep uiteindelijk het juiste bericht te horen krijgt. “Ook de koppelingssterkte is van belang”, zegt Neefs. “Afhankelijk van de structuur moet die omhoog of omlaag voor synchronisatie.” In termen van het fluisterspel: als de structuur tegenzit, is het handig als de mensen zelf wat harder fluisteren. Het variëren van de koppelingstructuur en -sterkte kan ook binnen een computermodel. Het voordeel van een experimentele opstelling is dat het veranderende gedrag van de cellen onmiddellijk is waar te nemen op een monitor. “Als de voorwaarden voor synchronisatie bekend zijn, kunnen we ooit misschien voorspellen hoe groot het risico is op een epileptische aanval”, vertelt Neefs. “Door bijvoorbeeld stofjes in te spuiten die de koppelingsterkte van het brein beïnvloeden, zou je een aanval dan kunnen voorkomen. Dat zou natuurlijk fantastisch zijn.”

Tekst: Enith Vlooswijk
Fotomontage: Rien Meulman