Kun je op een hersenscan zien wat je hoort?

Aan de hand van een hersenscan kunnen zien welk geluid iemand heeft gehoord. Onderzoekers van de Universiteit Maastricht hebben onlangs voor een wereldprimeur gezorgd door gehoord geluid te reconstrueren op basis van iemands breinactiviteit.

“Een beter begrip van hoe het brein geluiden registreert en filtert, biedt ons in de toekomst de kans om ook achtergrondgeluid in gehoorapparaten te filteren”, zegt onderzoeksleider Elia Formisano. De resultaten zijn recent gepubliceerd in het gezaghebbende wetenschappelijk tijdschrift PNAS.

Reconstructie gehoord geluid

De Maastrichtse onderzoekers onderzochten hoe we in het dagelijks leven luisteren door met behulp van MRI-scans te meten hoe ons brein reageert op uiteenlopende geluiden, zoals spraak, muziek en omgevingsgeluiden. Met hulp van wiskundige modellen en machine learning is het de onderzoekers als eersten gelukt om op basis van reacties in de hersenen te achterhalen wat een proefpersoon precies heeft gehoord.

“Deze succesvolle reconstructie van geluiden in de hersenen laat zien dat we met toegepaste wiskundige modellen de feitelijke breinactiviteit goed kunnen simuleren”, aldus Formisano. “En dat we die modellen dus kunnen gebruiken om het functioneren van de hersenen te voorspellen. Een volgende stap is dan ook te kijken of we dit onderzoek kunnen uitbreiden naar een combinatie van geluid en verbeelding.”

Achtergrondgeluid filteren

Het onderzoeksteam van Formisano ontdekte dat frequenties van geluid die duiden op spraak of stemmen nauwkeuriger kunnen worden gereconstrueerd dan andere geluidscomponenten. “Daaruit blijkt dat zelfs algemene mechanismen voor het verwerken van geluid in het menselijke brein zijn geoptimaliseerd voor een zeer gedetailleerde analyse van de geluiden die het meest relevant zijn voor het menselijk gedrag, zoals spraak en stemmen”, verklaart Formisano.

“Wellicht zien we hierin het evolutionaire gegeven terug dat het voor mensen belangrijker is onderscheid te kunnen maken tussen spraak en stemmen dan tussen blaffende honden.” De ontdekking van de Maastrichtse onderzoekers is dan ook relevant voor producenten van bijvoorbeeld gehoorapparaten.

“We kunnen deze methoden gebruiken om in nieuwe studies specifiek het filteren van geluiden door de hersenen te onderzoeken. Een beter begrip van hoe het brein geluiden registreert en filtert, biedt vervolgens de kans om ook achtergrondgeluid in bijvoorbeeld gehoorapparaten te filteren. Dat zou voor veel mensen een wereld van verschil betekenen.”

Multidisciplinaire aanpak

In het onderzoeksteam werkten wetenschappers van het Maastricht Brain Imaging Center (MBIC) en het Maastricht Centre for Systems Biology (MaCSBio) nauw met elkaar samen. “Zowel MBIC als MaCSBio bestaat uit wetenschappers met uiteenlopende expertise: biologen, neurowetenschappers, wiskundigen en natuurkundigen zijn allemaal vertegenwoordigd”, vertelt onderzoeker Michelle Moerel.

“Deze multidisciplinaire aanpak zorgt er niet alleen voor dat we gebruik kunnen maken van de nieuwste computationele technieken, maar ook een sterke biologische basis hebben om de juiste onderzoeksvragen te stellen en de resultaten breed te interpreteren. Dit kan tot nieuwe inzichten leiden die binnen de grenzen van een enkel onderzoeksgebied wellicht niet haalbaar zijn.”

Bron: Universiteit van Maastricht