InterviewKarl Deisseroth

De wetenschapper drukt op een knop en de muis is blij, of juist bang

In het laboratorium krijgen muizen een glasvezel in de schedel. Door licht aan en uit te zetten, kunnen wetenschappers hun gedrag en gevoelens manipuleren.Beeld Stanford University

Met een lichtflits in hun brein kan Karl Deisseroth bij muizen hallucinaties, dorst en levenslust opwekken en weer laten verdwijnen. De Amerikaanse neurowetenschapper ontving deze maand de Heinekenprijs voor geneeskunde.

Met enige tegenzin begint Karl Deisseroth eind jaren negentig als jonge arts in opleiding aan een verplicht coschap in de psychiatrie. Liever wil hij zich meteen verdiepen in zijn favoriete discipline: hersenchirurgie. Op zijn eerste dienst stormt een patiënt schreeuwend door de gangen van de gesloten inrichting.

Aan Deisseroth de taak hem tot bedaren te brengen. “Ik probeerde contact te maken, keek hem in de ogen. Maar zijn wereld, zijn werkelijkheid, was duidelijk compleet anders. Wat we ook probeerden, we konden hem niet bereiken. Een intense ervaring. Allereerst vanwege zijn lijden. Maar ook omdat ik me realiseerde dat deze man fysiek intact was. Zijn lichaam functioneerde naar al onze maatstaven, toch resulteerde dat in een andere realiteit.”

Psychiatrie sloot onverwacht aan bij een vraag die Deisseroth fascineert zolang als hij het zich kan herinneren. Wat zijn onze gedachten, ideeën en gevoelens eigenlijk? Hoe komen ze tot stand? En waar bestaan ze eigenlijk uit? Uit welke materie? Deisseroth besluit geen neurochirurg te worden, maar stort zich als onderzoeker en psychiater op de werking van het brein, het meest ontoegankelijk en onbegrepen deel van ons lichaam.

In 2005 presenteert hij zijn doorbraak: een muis met een glasvezel boven in de schedel scharrelt rustig door zijn kooi. Wanneer de glasvezel oplicht, begint het dier plots rondjes te lopen, altijd linksom. Deisseroth heeft met hulp van een virus bepaalde hersencellen in het motorische gebied voorzien van een extra gen dat ze lichtgevoelig maakt. Gaat het licht aan, dan worden de zenuwcellen geactiveerd en begint de muis te lopen. Dooft het licht, dan stopt de muis ook prompt. Deisseroth kan zo zenuwcellen in hun natuurlijke omgeving onderzoeken: welke zenuwcellen sturen welk gedrag? Hij doopt zijn techniek optogenetica.

Zo lukt het Deisseroth om ‘aan- en uit-knopjes’ bij muizen te vinden voor dorst, alertheid, angst, smetvrees, hallucinaties en anhedonie, het nergens meer plezier uit halen. Deisseroth: “We proberen hersencircuits en netwerken te ontrafelen en precisiecontrole te krijgen over een mentale toestand op cellulair niveau in een zo natuurlijk mogelijke omgeving.” Hersenwetenschappers wereldwijd gebruiken zijn technieken en zijn naam prijkt al jaren op het lijstje kanshebbers voor de Nobelprijs. Afgelopen maand won hij de Heinekenprijs voor Geneeskunde. Het interview gaat via beeldbellen vanuit zijn huis in Californië. Zijn laboratorium bij de afdeling Bioengineering van Stanford University is deels open.

Karl Deisseroth.Beeld Knaw

U bent vooral onderzoeker, maar behandelt als psychiater ook mensen met ernstige depressie, angst en autisme. Wat levert uw onderzoek in optogenetica voor hen op?

“Nog geen nieuwe therapieën maar wel inzichten die daartoe kunnen leiden. We hebben bijvoorbeeld bij muizen ontrafeld hoe angst in de hersenen wordt gecontroleerd. Angst kent verschillende componenten. Hartslag en ademhalingssnelheid stijgen: fysiologische veranderingen. En angstige mensen gaan risicovolle situaties vermijden: gedragsverandering. Daarnaast voelt angst verre van fijn, daarom is het ook klinisch relevant. Al deze componenten ontstaan samen en verdwijnen ook weer samen.

“Met optogenetica vonden we de controleregio in het muizebrein dat dit orkestreert. We konden de afzonderlijke effecten aan- en uitschakelen en zo achterhalen hoe het circuit werkt. Sommige neuronen hebben een stimulerende, andere een dempende rol. We begrijpen angst dus beter op cellulair niveau. Dat biedt mogelijke aangrijpingspunten voor therapieën. Maar – en dat is misschien raar om als psychiater te zeggen ­– het gaat mij om fundamentele inzichten. Een toepassing is een bonus, allereerst moet je weten hoe het werkt.”

Anhedonie, het verdwijnen van levenslust, is een van uw speciale interesses. Waarom?

“Anhedonie is een van meest uitgesproken symptomen van depressie. Dingen die je plezier gaven, die je motiveerden, doen dat niet langer. Een groot deel van het lijden bij een depressie komt erdoor. Het is ook wetenschappelijk erg interessant. Hoe kan het dat het plezierige gevoel dat je altijd had bij sporten, een boek lezen of werken verdwijnt? Dat er een scheiding optreedt van gevoel en gebeurtenis.

“Inmiddels weten we hoe we met optogenetica een muis in een tweekamerkooi een voorliefde, een positieve associatie, meegeven voor een van de ruimtes, hoewel ze identiek zijn. Dat kan door een specifiek hersencircuit te stimuleren wanneer de muis in die ene ruimte is. En het omgekeerde lukt ook. In seconden, minuten kunnen we emotionele waarde toevoegen aan iets wat daarvoor geen waarde bezat en omgekeerd. Het brein is daar blijkbaar heel flexibel in en we weten waar de hendel zit. Maar wat er precies verandert in het brein bij depressie waardoor anhedonie optreedt, weten we nog niet.”

Het klinkt eng: met een lichtflits controle hebben over levensvreugde.

“Ja, dat is verontrustend op veel manieren. Dat begrijp ik heel goed. Ik vind dat zelf ook een beetje. Sommige neurowetenschappers hadden dit verwacht, anderen niet. Maar het is wel een feit en dus goed om dit over onszelf te weten: door een paar zenuwcellen op het juiste moment te stimuleren kun je een voorkeur of voorliefde creëren en dat is moreel en filosofisch een complexe situatie.”

U zegt ‘over onszelf’ maar het onderzoek was bij muizen?

“Het lijkt een groot verschil: muis of mens. Een menselijk brein telt tienduizend miljard neuronen, een muis zo’n honderd miljoen. Maar er is grote gelijkenis: veel van de patronen en verbindingen in de hersenen zijn identiek. Het menselijk brein is vooral uitgebreider, opgeschaald. Primaten hebben een veel grotere cortex, maar in de basis zit veel overeenkomst. Wat we vinden in muizen is dus relevant voor mensen, meen ik, en daar is ook het nodige bewijs voor.”

Als ik uit een depressie raak door met een psycholoog te praten - wat gebeurt er dan, denkt u, in mijn brein?

“Wat psychologen doen in gesprekken is negatieve associaties bij gebeurtenissen wegnemen, denk aan mensen met paniekstoornissen of ernstige angsten. Het gaat om het ontkoppelen van gebeurtenis en emotie. Ik denk dat de gesprekken zorgen voor een verandering precies in de neuronen die wij stimuleerden. Dat inzicht kan zowel helpen betere praattherapieën te ontwikkelen als medicijnen.”

Ziet u psychiatrische aandoeningen dan als een engineering-probleem, simpelweg een constructiefoutje in hersencircuits?

“Het is nooit eenvoudig. We hebben met op­togenetica bijvoorbeeld een compleet beeld gekregen van hersenactiviteit bij dorst. We zien dat zelfs bij zo’n relatief simpele basale toestand vrijwel het hele muizebrein in actie komt, elke neuron doet mee, verandert. Toch is er ook hele grote specificiteit: enkele neuronen spelen een cruciale rol. Het brein is een zeer ingenieus, complex elektronisch en chemisch systeem. We hebben zeker engineering-kennis nodig om circuits te doorgronden en gedrag te onderzoeken. Maar het gaat twee kanten op: psychiatrie is een interessant vakgebied voor ingenieurs. Samenwerken loont.”

U kunt zenuwcellen aan- en uitzetten, snel en langzaam, hard en zacht, en met verschillende kleuren licht. Ontbreekt er nog wat aan de ‘gereedschapskist’?

“Tot voor kort konden we celtypes in een klein gebied manipuleren: zo’n honderd neuronen. Inmiddels gaan we naar het niveau van een ­enkele cel toe, heel spannend. Dat lukt dankzij gebruik van lasers en hologrammen. In feite creëren we 3D-patronen van licht in hersenen waarmee we individuele zenuwcellen kunnen stimuleren. Prachtig, maar complex en het vergt dure apparatuur. Een andere innovatie is dat we precies die hersencellen waarvan we weten dat ze bepaald gedrag stimuleren, na de dood kunnen isoleren en in detail karakteriseren. Welke genen staan aan, welke staan uit? Misschien is er een middel dat juist op die ene cel aangrijpt.”

Is het geen illusie om te denken dat we het brein ooit zelf kunnen begrijpen?

“Voor mij is die enorme complexiteit niet demotiverend. De afgelopen jaren zijn er veel nieuwe tools ontwikkeld om diep, fundamenteel begrip te krijgen. Er is nog heel veel te onderzoeken, maar er is een pad voorwaarts. Ik ben ervan overtuigd dat we er uiteindelijk komen. Maar de reden waarom ik zelf op dit pad ben beland: mijn nieuwsgierigheid naar wat gevoelens en ideeën eigenlijk fysiek zijn, en naar wat mij typisch mij maakt, daar zal ik in mijn leven waarschijnlijk niet alle antwoorden op krijgen.”

Lees ook:

Blinde woede is razend ingewikkeld

De een gaat compleet door het lint, de ander kan zijn boosheid controleren. Hoe kan dat?

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden