Van gladde beukennoot naar kronkelige walnoot: zo ontwikkelt het foetusbrein zich

Ze zaten nog veilig in de buik van hun moeder, de 41 meisjes en 64 jongetjes die in het Amerikaanse Detroit de mri-scanner in gingen. Maar de beelden die dat opleverde, blijken van groot belang voor de wetenschap. Zesduizend kilometer verderop analyseerden neurowetenschappers Martijn van den Heuvel en Elise Turk in Amsterdam en Utrecht de mri-beelden van de ongeboren kinderen en bouwden zo de eerste wegenkaart van het foetusbrein.

Het Amerikaans-Nederlandse onderzoek verschijnt deze week in The Journal of Neuroscience. Door in kaart te brengen hoe en wanneer de verbindingswegen in de hersenen van gezonde kinderen worden aangelegd, ontstaat een naslagwerk dat kan worden gebruikt voor het onderzoek naar hersenschade bij kinderen.

In het derde trimester van de zwangerschap vindt in het brein van ongeboren kinderen een vorm van origami plaats, vertelt Van den Heuvel, verbonden aan het Amsterdam UMC: de hersenen, die tot dan toe de vorm hadden van een gladde beukennoot, krijgen dan hun karakteristieke walnootvorm, met kronkelige inkepingen. Het aantal zenuwcellen groeit in die laatste weken zo snel dat er plaatsgebrek ontstaat en dankzij de vouwtechniek past er meer onder het schedeldak. Dat vouwproces wordt in gang gezet door de axonen, de vezels die de zenuwcellen met elkaar verbinden, legt hij uit: ‘Denk aan een ballon waar een touwtje in is geplakt. Als de ballon groter wordt, gaat het touwtje trekken en ontstaan er kreukels in het oppervlak van de ballon. Zo ontstaan de inkepingen, de verbindingswegen waarlangs hersengebieden met elkaar communiceren.’

Om te achterhalen hoe die hersenontwikkeling bij een gezonde foetus verloopt, maakten onderzoekers van de Wayne State University mri-scans van 105 ongeboren kinderen, van aanstaande moeders die tussen de 20 en de 39 weken zwanger waren. De wegenkaart die daarmee in Nederland tot in detail kon worden samengesteld, maakt duidelijk dat 60 procent van de verbindingen in de hersenen al voor de geboorte is aangelegd. ‘Daar waren we verrast over’, zegt Elise Turk (UMC Utrecht). ‘Het maakt nogmaals duidelijk hoe belangrijk die laatste fase van de zwangerschap is.’

Te vroeg geboren baby's

Het foetusbrein vormt een nieuw onderzoeksterrein, verduidelijkt ze: pas vorig jaar gaf de medisch-ethische commissie van het UMC Utrecht, als eerste in Nederland, toestemming om tijdens de zwangerschap mri-onderzoek te doen. ‘Daardoor hebben we nu een standaardwerk kunnen maken, dat ons laat zien hoe de hersenontwikkeling normaal gesproken verloopt.’ Dat is belangrijk voor de bijna 1.700 baby’s die jaarlijks te vroeg (voor de 32ste week van de zwangerschap) worden geboren en op de intensive care belanden. Bij die premature kinderen wordt in het UMC Utrecht altijd een hersenscan gemaakt om schade op te sporen, nu kunnen die scans worden vergeleken met beelden van gezonde kinderen, van een vergelijkbare leeftijd, die nog in de moederschoot zitten. ‘We kunnen bijvoorbeeld beoordelen of een kind in de hersenontwikkeling achterloopt. En voorspellen of onze behandeling die ontwikkeling beïnvloedt.’

De wegenkaart maakt ook onderzoek mogelijk naar ontwikkelingsstoornissen op latere leeftijd, zegt Van den Heuvel. ‘Als belangrijke verbindingen in de hersenen niet goed worden aangelegd, kan dat problemen veroorzaken. We weten van een aantal aandoeningen, zoals schizofrenie en autisme, dat die worden veroorzaakt door verstoorde verbindingen die mogelijk deels hun oorsprong vinden in de baarmoeder. Misschien geldt dat voor meer aandoeningen. We kunnen nu gaan uitzoeken of dat zo is en wanneer we die in het brein van een foetus kunnen aantonen.’

Met de kennis over de normale hersenontwikkeling van ongeboren kinderen kan ook de invloed van risicofactoren beter worden onderzocht. Van den Heuvel: ‘We weten dat roken, alcohol en stress van invloed zijn, maar kunnen we dat ook al vroeg zien? En om welke verbindingen gaat het dan?’

Een onderzoeksgroep van het UMC Utrecht doet sinds twee jaar ook zelf mri-onderzoek bij ongeboren kinderen. De leefstijl en de etnische achtergrond van Amerikaanse vrouwen kan afwijken, en dat beïnvloedt de hersenontwikkeling van hun kinderen. Met de Utrechtse scans kan de wegenkaart worden verfijnd voor Nederlandse kinderen.