Een groep onderzoekers heeft een neurochemisch signaal geïdentificeerd waarmee de ziekte van Parkinson kan worden onderscheiden van essentiële tremor, twee van de meest voorkomende bewegingsstoornissen ter wereld. De ontdekking, die zich richt op de interactie tussen de neurotransmitters dopamine en serotonine in de hersenen, zou de manier waarop deze aandoeningen worden gediagnosticeerd en begrepen kunnen veranderen. Bovendien heeft het een directe impact op de klinische praktijk en neurologisch onderzoek.
Internationale wetenschappelijke samenwerking en innovatieve methodologie
Het verantwoordelijke team bestaat uit wetenschappers van het Fralin Biomedical Research Institute bij VTC en de Faculty of Science van Virginia Tech, samen met de Wake Forest University en de Universiteit van Aarhus, Denemarken. De studie, gepubliceerd in Nature Communications, is gebaseerd op gegevens die tussen 2017 en 2018 zijn verzameld, maar vertegenwoordigt meer dan een decennium van wetenschappelijke en technologische ontwikkeling.
Het onderzoek richtte zich op de caudatus van het striatum, een hersengebied dat essentieel is voor besluitvorming en beloningsverwerking. Om beide aandoeningen te vergelijken, maakten de wetenschappers gebruik van een geavanceerde elektrochemische techniek op basis van computationele modellen voor machine learning, die werd toegepast tijdens operaties voor diepe hersenstimulatie.
Terwijl de patiënten, bij wie Parkinson of essentiële tremor was vastgesteld, werden geopereerd en aan dit meetsysteem werden aangesloten, namen ze deel aan een eenvoudig spel: ze moesten geldbedragen accepteren of weigeren die eerlijk of oneerlijk konden lijken. Zo konden de wetenschappers zien hoe de niveaus van twee belangrijke stoffen in de hersenen snel veranderden: dopamine en serotonine.
Dopamine houdt verband met beweging en beloning, en serotonine met stemming en impulscontrole. Om de gegevens beter te begrijpen, gebruikte het team computers die leren van ervaring, ook wel machine learning-modellen genoemd, die patronen kunnen ontdekken die voor mensen onzichtbaar zijn.
Identificatie van onderscheidende neurochemische patronen
Bij mensen met essentiële tremor nam de dopamine toe en de serotonine af wanneer de beloningen niet waren wat ze verwachtten. Er was dus een soort “teamspel” tussen deze twee stoffen.
Bij mensen met Parkinson verdween die normale uitwisseling tussen dopamine en serotonine. Hoewel normaal gesproken wordt aangenomen dat alleen dopamine bij Parkinson wordt beïnvloed, ontdekten wetenschappers dat het duidelijkste verschil tussen beide ziekten ligt in serotonine en het ontbreken van een verbinding tussen de twee stoffen.
William “Matt” Howe, professor aan Virginia Tech en een van de auteurs, vertelde dat ze verrast waren toen ze dit ontdekten: “Wat het meest opviel was de serotonine. Niet alleen dopamine was aangetast, maar ook het ontbreken van de gebruikelijke dynamische relatie tussen beide neurotransmitters onderscheidde de ene ziekte van de andere”, zei hij.
Read Montague, directeur van een onderzoekscentrum voor menselijke neurowetenschappen, wees erop dat het de bedoeling is dat deze bevindingen “leiden tot nuttige hulpmiddelen voor artsen”. Dan Bang van de Universiteit van Aarhus benadrukte ook dat het observeren van deze chemische veranderingen een beter inzicht geeft in hoe gedachten en besluitvorming door dit soort ziekten kunnen worden beïnvloed.
Epidemiologische implicaties en toekomstige onderzoekslijnen
De ziekte van Parkinson treft wereldwijd meer dan 10 miljoen mensen, terwijl essentiële tremor dat aantal overtreft, met een geschatte prevalentie van 7 miljoen alleen al in de Verenigde Staten.
Traditioneel was het onderzoek naar Parkinson gericht op dopamine, maar deze studie wijst serotonine aan als onderscheidende marker, wat de klinische aanpak van beide ziekten zou kunnen veranderen.
Het werk is het resultaat van een voortdurende interdisciplinaire samenwerking en de voortdurende verbetering van statistische en experimentele modellen. Alec Hartle, doctoraatsstudent, en Paul Sands, assistent-onderzoeksprofessor, beiden hoofdauteurs, namen deel aan het ontwerp van de experimentele taak door middel van een “ideaal observatiemodel”, waardoor ze nieuwe inzichten konden verkrijgen in het gedrag van de patiënten.
Seth Batten, eveneens coauteur, benadrukte dat de toegepaste modellen worden versterkt door de toename van gegevens en dat de samenwerking tussen specialisten uit verschillende gebieden doorslaggevend was voor het ontdekken van onontgonnen patronen.
Met het oog op de toekomst zijn de onderzoekers van mening dat deze vooruitgang het begin markeert van een nieuwe fase in het begrip van bewegingsstoornissen. Howe verklaarde dat samenwerking en integratie van verschillende benaderingen essentieel zijn geweest om de complexiteit van deze processen te ontrafelen. Het team heeft er vertrouwen in dat toekomstige studies het begrip van de neurochemische basis van deze ziekten zullen vergroten en vooruitgang in de diagnose en behandeling ervan mogelijk zullen maken.
