Wie onder volledige narcose is voor een operatie, is buiten bewustzijn. Dat is tenslotte het hele idee. Toch liet een team van neurochirurgen in Houston (Verenigde Staten) in een recente studie in Nature iets verrassends zien: de hersenen van patiënten onder algehele anesthesie bleken nog altijd gesproken taal te verwerken. Zenuwcellen in de hippocampus reageerden op de betekenis van woorden en bevatten zelfs informatie over woorden die nog moesten komen.
Dat klinkt misschien verontrustend voor iedereen die binnenkort geopereerd wordt, maar het betekent gelukkig niet dat patiënten hun operatie bewust meemaken. Het onderzoek laat vooral zien dat er een belangrijk verschil bestaat tussen wat onze hersenen verwerken en wat wij daadwerkelijk ervaren. En misschien maakt juist dat deze ontdekking zo interessant. Bovendien komt ze uit een omgeving die ik als neurochirurg goed ken: de operatiekamer.
Een bijzondere blik in het slapende brein
Het onderzoeksteam onder leiding van neurochirurg Sameer Sheth van Baylor College of Medicine maakte gebruik van een bijzondere gelegenheid. Zeven patiënten met moeilijk behandelbare epilepsie ondergingen een operatie waarbij een deel van de temporaalkwab werd verwijderd. De patiënten waren onder volledige narcose met propofol, een veelgebruikt narcosemiddel dat via een infuus wordt toegediend.
Tijdens de operatie plaatsten de onderzoekers een uiterst dunne elektrode, een zogenoemde Neuropixels-probe, in de hippocampus. Dit hersengebied speelt een belangrijke rol bij geheugen en het verwerken van informatie. De elektrode werd geplaatst in hersenweefsel dat tijdens de operatie toch verwijderd zou worden. Met deze techniek konden de onderzoekers de elektrische activiteit van afzonderlijke zenuwcellen meten. In totaal registreerden ze 651 neuronen, gedurende maximaal dertig minuten per patiënt. Vervolgens onderzochten ze wat er gebeurde wanneer de patiënten geluiden en gesproken verhalen te horen kregen.
De onderzoekers voerden twee experimenten uit:
In het eerste experiment kregen drie patiënten een reeks vrijwel identieke tonen te horen, afgewisseld met een afwijkend geluid. De zenuwcellen in de hippocampus reageerden anders op die afwijkende toon. Opvallend was dat dit onderscheid tijdens de meting steeds duidelijker werd. Dat suggereert dat het brein zich zelfs onder narcose nog kan aanpassen aan nieuwe informatie. Een eenvoudige vorm van leren, zonder dat iemand zich daarvan bewust is. Wel waren de signalen bescheiden en berustten de belangrijkste analyses op gegevens van slechts twee patiënten.
Het tweede experiment was misschien nog verrassender. Vier patiënten luisterden onder narcose naar een gesproken verhaal, afkomstig uit een podcast. De onderzoekers analyseerden vervolgens of de activiteit van zenuwcellen iets vertelde over de woorden die werden uitgesproken. En dat bleek inderdaad het geval. In de hersenactiviteit was informatie terug te vinden over woordsoorten en de betekenis van woorden. Met een computermodel konden de onderzoekers bij elk afzonderlijk woord aan de hersenactiviteit aflezen tot welke betekeniscategorie het behoorde, bijvoorbeeld een plaats, een emotie of een voorwerp. Dat lukte in ongeveer 60 procent van de gevallen, waar gokken 50 procent zou opleveren. Bescheiden, maar bijzonder voor een brein dat buiten bewustzijn is.
Maar er gebeurde nog iets opmerkelijks: de activiteit bevatte ook informatie over de betekenis van het volgende woord, nog voordat dat was uitgesproken. Dat lijkt op een principe dat we kennen uit taalverwerking: onze hersenen gebruiken de context van eerdere woorden om verwachtingen op te bouwen over wat volgt. Ook taalmodellen zoals ChatGPT maken gebruik van voorspellingen over volgende woorden, al werken die uiteraard heel anders dan menselijke hersenen.
De onderzoekers zijn voorzichtig met hun interpretatie. De activiteit hoeft niet te betekenen dat het brein onder narcose daadwerkelijk vooruit voorspelt. Het kan ook zijn dat de betekenis van eerdere woorden nog doorwerkt in de hersenactiviteit. Maar de belangrijkste observatie blijft wonderlijk: zelfs onder volledige narcose bevat de activiteit van afzonderlijke zenuwcellen nog informatie over gesproken taal.
Betekent dit dat patiënten toch iets meekrijgen?
Dit is waarschijnlijk de eerste vraag die bij veel mensen opkomt. Het korte antwoord is: niet noodzakelijk. Er bestaat een belangrijk verschil tussen het verwerken van informatie en het bewust ervaren ervan. Onze hersenen verwerken voortdurend signalen zonder dat we ons daarvan bewust zijn. Ook tijdens slaap kunnen bepaalde hersengebieden nog reageren op geluiden uit de omgeving.
Onder narcose lijkt iets vergelijkbaars mogelijk, al is narcose nadrukkelijk niet hetzelfde als slapen. Mogelijk werken losse hersengebieden gewoon door, maar valt de samenwerking weg die bewustzijn mogelijk maakt. De hersenen zijn dus niet volledig uitgeschakeld, maar functioneren ook niet meer als één samenhangend geheel zoals tijdens het wakker zijn.
Dat onderscheid is belangrijk. Dat de hippocampus woorden verwerkt, betekent niet dat een patiënt die woorden bewust hoort, begrijpt of onthoudt. Geen van de zeven patiënten kon zich na afloop iets van de operatie herinneren. Toch roept het onderzoek een interessante vraag op. Als hersenen onder narcose nog informatie verwerken, wat betekent dat dan voor de dingen die tijdens een operatie worden gezegd?
Eerder onderzoek heeft aanwijzingen gevonden dat bepaalde vormen van onbewuste, impliciete informatieverwerking tijdens anesthesie behouden kunnen blijven. De huidige studie laat echter niet zien dat patiënten opmerkingen uit de operatiekamer opslaan of dat die later hun gedrag beïnvloeden. Als neurochirurg vind ik het desondanks een interessante gedachte. Het herinnert eraan dat we nog lang niet volledig begrijpen wat er in de hersenen gebeurt wanneer het bewustzijn verdwijnt.
Een herinnering aan een tekenfilm
Bij het lezen van deze studie moest ik meteen denken aan een scene uit een tekenfilmpje uit mijn jeugd dat ik op een of andere manier altijd heb herinnerd: 'omelette du fromage' uit Dexter's Laboratory.
Dexter wil 's nachts Frans leren en zet daarom tijdens het slapen een bandje op met Franse woorden. Helaas blijft de opname hangen. De volgende ochtend blijkt hij nog maar één zin te kunnen zeggen: omelette du fromage. Een absurdistische tekenfilmgrap, maar met een verrassend serieuze vraag erachter: hoeveel kan een brein eigenlijk leren wanneer we er zelf niet bewust bij zijn?
De studie uit Houston geeft daar geen definitief antwoord op. Ze laat wel zien dat het brein onder narcose meer informatie kan verwerken dan je misschien zou verwachten. Overigens blijft het onderscheid belangrijk: tijdens normale slaap doorlopen de hersenen verschillende fysiologische stadia, terwijl anesthesie het bewustzijn via geneesmiddelen onderdrukt. De twee situaties zijn dus niet zomaar vergelijkbaar.
Wat betekent dit voor neurotechnologie?
De studie is in de eerste plaats fundamenteel neurowetenschappelijk onderzoek. Toch zijn er interessante raakvlakken met de ontwikkeling van neurotechnologie. Om te beginnen laat het onderzoek zien hoe krachtig moderne elektroden inmiddels zijn geworden. Met een enkele Neuropixels-probe konden de onderzoekers de activiteit van honderden afzonderlijke zenuwcellen registreren en daaruit informatie over taalverwerking afleiden. Dat is op zichzelf al indrukwekkend.
Het roept ook de vraag op of hersengebieden die we traditioneel vooral met geheugen associëren, zoals de hippocampus, in de toekomst een rol kunnen spelen bij hersen-computerinterfaces voor communicatie. Bijvoorbeeld wanneer andere hersengebieden door een beroerte of neurologische aandoening zijn beschadigd. Daarvoor biedt deze studie nog geen direct bewijs. Maar ze laat wel zien dat taalgerelateerde informatie op meer plaatsen in de hersenen aanwezig kan zijn dan alleen in de klassieke taalgebieden.
Daarnaast zijn er twee mogelijke toepassingen die verder in de toekomst liggen. De eerste betreft bewustzijnsstoornissen. Bij patiënten die niet kunnen reageren op hun omgeving, bijvoorbeeld na ernstig hersenletsel, is het soms moeilijk vast te stellen hoeveel informatie de hersenen nog verwerken. Mogelijk kunnen vergelijkbare metingen ooit helpen om die verborgen hersenactiviteit beter in kaart te brengen. Of de bevindingen uit deze studie ook gelden voor patiënten in coma of met andere bewustzijnsstoornissen, is echter onbekend. De tweede toepassing ligt dichter bij de operatiekamer: het meten van narcosediepte. Als we beter begrijpen welke hersenfuncties tijdens anesthesie behouden blijven en welke verdwijnen, zou dat op termijn kunnen bijdragen aan nauwkeurigere monitoring. Voorlopig is dat toekomstmuziek. De gebruikte elektroden vereisen een invasieve ingreep en zijn niet geschikt voor routinematig gebruik tijdens een gewone operatie. Maar juist fundamenteel onderzoek als dit kan uiteindelijk nieuwe mogelijkheden openen.
Wat we nog niet weten
Hoe bijzonder de resultaten ook zijn, er zijn belangrijke beperkingen. Allereerst ging het om slechts zeven patiënten. De afzonderlijke experimenten werden uitgevoerd bij nog kleinere groepen, waardoor de resultaten voorzichtig moeten worden geïnterpreteerd. Bovendien wijzen de onderzoekers er zelf op dat narcose een onzekere verhouding heeft met het wakkere leven: wat het brein onder propofol doet, zegt niet automatisch iets over hoe het werkt als we wakker zijn. Ook is onduidelijk of de bevindingen gelden voor andere toestanden zonder bewustzijn, zoals slaap en coma.
Ook onderzochten de wetenschappers uitsluitend de hippocampus. Daarmee kunnen ze niet vaststellen wat er op hetzelfde moment in andere hersengebieden gebeurde, of hoe de communicatie tussen die gebieden veranderde. Ten slotte ging het om patiënten met epilepsie, waarbij werd gemeten in hersenweefsel dat om medische redenen verwijderd moest worden. De resultaten zijn daarom niet zonder meer te vertalen naar gezonde hersenen.
Waardevol, maar nog héél veel vragen
Wat blijft er over van deze studie? Vooral een andere kijk op narcose. Buiten bewustzijn zijn betekent niet automatisch dat de hersenen stilliggen: de hippocampus bleef geluid en taal verwerken, ook al herinnerde geen van de patiënten zich er later iets van. Dat roept nieuwe vragen op. Hoeveel van ons taalbegrip heeft eigenlijk bewustzijn nodig? En als de hersenen woorden blijven verwerken, maar er niets van wordt onthouden, is het dan vooral het vastleggen in het geheugen dat wegvalt? Dat raakt aan de kern van hoe we begrijpen en onthouden.
Voor de klinische praktijk verandert er voorlopig weinig. De resultaten komen van een kleine groep patiënten en moeten nog worden bevestigd. Maar misschien is het mooiste aan dit onderzoek wel de opzet: een operatie voor epilepsie werd een venster op een van de grootste vragen uit de neurowetenschap.
Het brein onder narcose is misschien buiten bewustzijn, maar daarmee nog niet buiten werking. Ik zal daarom in het vervolg wel twee keer nadenken voor ik een grapje maak in de operatiekamer...