Visionair Seminarie: Op weg naar de ontrafeling van het menselijk brein

Georganiseerd door Leuven.Inc in samenwerking met IMEC

Het meest geavanceerde instrument dat er bestaat hebben we allen in onze schedel zitten: onze hersenen. Ze vormen de basis van alle intelligentie. Ze luisteren, verwerken en sturen signalen - met miljarden door elkaar. De complexiteit van de verbindingen is extreem hoog, en terwijl u deze tekst leest zijn veel van die synapsen zich aan het verschuiven, versterken en verzwakken. Tot voor kort waren er slechts zeer primitieve methoden beschikbaar om informatie over deze microcircuits te bekomen en om informatie met hen uit te wisselen. Dit is in snel tempo aan het veranderen.

Gedreven vanuit de hoge impact die hersenpathologie op onze maatschappij heeft zijn er steeds betere diagnostische instrumenten ontwikkeld. Functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI) en Positron Emission Tomography bijvoorbeeld laten onder andere toe op een minimaal invasieve manier te opereren bij hersentumoren.

Zullen we echter ooit zelf leren communiceren met onze hersenen, in hun eigen taal?
Vlaanderen heeft een neuro-elektronica onderzoeksinitiatief opgestart die deze uitdaging aangaat.
NERF (Neuro-Electronics Research Flanders) is een samenwerking tussen IMEC, VIB en K.U.Leuven. NERF focust op het grensgebied tussen neurowetenschappen en de nanotechnologie, namelijk de 'neuroelektronica', waarbij de snelheid en robuustheid van elektronische circuits gecombineerd zal worden met de complexiteit en miniaturisatie van de biologische microcircuits. Het doel van dit onderzoeksinitiatief is de werking van de fundamentele microcircuits te ontrafelen waardoor nieuwe diagnostische en therapeutische methodes mogelijk zullen zijn.

Ondertussen zijn er reeds technieken beschikbaar om met onze hersenen te communiceren. Deze gaan van cochleaire implantaten voor gehoorstoornissen tot 'deep brain stimulation' voor neuropsychiatrische ziekten. Deze toepassingen tonen aan hoe concreet men reeds kan inzoemen op dit relatief macroscopische niveau en vormen tegelijk een enorme belofte voor wat zal mogelijk zijn als we met microcircuits kunnen interageren. Op lange termijn zal dit toelaten om o.a. nieuwe therapieën voor hersenziekten en- beschadiging te ontwikkelen.

In dit seminarie brengen wij u een overzicht van de nieuwste technieken die biologie en elektronica dichter bij elkaar brengen. Of hoe Vesalius en Da Vinci mekaar in de 21ste eeuw vinden...

Enkele praktische aspecten
Datum: donderdag 4 februari 2010
Locatie: IMEC, lokaal CAF -1.A, Kapeldreef 75, 3001 Leuven (Heverlee)

Programma

- 16u00: Ontvangst deelnemers
- 16u30: Verwelkoming en situering
Jo Bury (co-algemeen directeur VIB)
- 16u45: Functionele MRI en zijn beperkingen: van anatomische beeldvorming naar functionele en moleculaire diagnostiek
Stephan Sunaert (Prof. Departement Medisch Diagnostische Wetenschappen, K.U.Leuven)
- 17u15: Neuromodulatie
Bart Nuttin (Professor Afdeling Experimentele Neurochirurgie en Neuroanatomie, K.U.Leuven)
- 17u45 Pauze met broodjes
- 18u15: NERF: Nanoelectronica voor neuronale interfacing op microcircuit niveau
Kris Verstreken (Program Director Human++, IMEC)
- 18u45: Case Cochlear - Hoorimplantaten - de actieve zintuiglijke implantaten van morgen
Carl Van Himbeeck (General Manager, Cochlear Technology Centre Belgium)
- 19u05: Case 3Win - Deep Brain Stimulation: what's next?
Jim McGivern(Business Development&Clinical Operations,3Win), uiteenzetting in het Engels
- 19u25 Vraag en antwoord
- 19u45 Afsluitende receptie

De uiteenzettingen worden gehouden in het Nederlands.

Abstracts

'Functionele MRI en zijn beperkingen: van anatomische beeldvorming naar functionele diagnostiek', Stefan Sunaert (Departement Radiologie, UZ Gasthuisberg Leuven, Belgium)
Functional MRI is a non-invasive technique capable of depicting brain activity. It is extensively used in the neurophysiological study of the healthy human brain, and more recently clinical applications have appeared in the presurgical workup of patients with brain tumours as well as in the study of the diagnosis and treatment of different neurological and psychiatric diseases. This lecture will review the MR physics and physiological principles underlying the functional MRI technique. Pitfalls regarding false positive and false negative fMRI activation will be addressed. It will review the most widely used (clinical) applications of fMRI. In the presurgical workup of brain tumour patients, the mapping of sensory-motor, visual and language regions may extend the surgical approach to lesions that have previously been considered inoperable, and contribute to a decrease in postsurgical morbidity. The good spatial correlation of presurgical fMRI and invasive cortical mapping has been documented extensively and fMRI of language appears as a noninvasive alternative to Wada testing of hemispheric dominance, in particular in epilepsy surgery. Promising new aaplications are found in the evaluation of different neurological and psychiatric disorders (e.g. stroke deficits and recovery, schizophrenia, OCD,.) or the influence of medication and electrostimulation on brain function.

'NERF: Nanoelectronica voor neuronale interfacing op microcircuit niveau', Kris Verstreken (Program Director Human++, IMEC)
Brain-computer interfacing is tegenwoordig een 'hot topic'. Hier worden echter heel wat zaken mee bedoeld, zoals de macroscopische interfacing op EEG niveau. We willen het hier echter heel specifiek hebben over interfaces op het niveau van de cel zelf, en de microcircuits die tussen de cellen bestaan. Als we ooit willen begrijpen hoe we denken, hoe het geheugen en het bewustzijn in elkaar zitten, en als we een aantal fundamentele problemen daarvan willen oplossen, dan zijn de microcircuits de 'missing link' in de huidige wetenschappelijke kennis. Vele fundamentele interacties die ook direct gerelateerd zijn met verschillende neuropathologieen spelen zich af op dit niveau.
Recentelijk is er in Vlaanderen een onderzoeksinitiatief opgestart dat zich met deze studie gaat bezighouden: NERF of Neuro-Electronic Research Flanders. Deze 'nerve-nerds' zullen gebruik maken van de bionanoelectronica die binnen IMEC ontwikkeld werd en die interfacing toelaat op unicellulair niveau. Zulke tools laten toe de meest fundamentele interacties tussen neuronen te ontrafelen.
Als u deze tekst gelezen hebt en u hebt er iets van onthouden, hebben de circuits in uw hersenen zichzelf weer een klein beetje heruitgevonden. NERF wil uitvinden hoe dit in zijn werk gaat en waarom.

'Hoorimplantaten als illustratie van de aktieve zintuigelijke implantaten van morgen', Carl Van Himbeek (General Manager, Cochlear Technology Centre Belgium)
Via de werking van het hoorimplantaat zal uitgelegd worden hoe een gehoorswaarneming kan gecreëerd worden. De technologie is nu in een fase gekomen waar het voor de gebruikers mogelijk wordt om zintuigelijke waarnemingen te herstellen zonder dat het zijn bewegingsvrijheid belemmert. Daarnaast zal ook getoond worden welke andere implantaten er momenteel in dit domein in ontwikkeling zijn.

'Deep Brain Stimulation: What's next?', Jim McGivern (COO 3Win)
Deep brain stimulation (DBS) has been a significant part of the treatment armamentarium for neural deficits like essential tremor, Parkinson's disease, dystonia and recently approved for obsessive-compulsive disorder (OCD). While there have been extraordinary results achieved by clinicians the world over, there remains inconsistency in the results experienced by many patients. The scientists at 3WiN are bringing a level of sophistication to DBS that has not existed before, in the hope that with better control of the stimulation, better consistency will be available for all patients in the current indications, as well as enhanced research opportunities for those indications still being studied.