Het Donders Instituut gaat in Nijmegen de sterkste MRI-scanner ter wereld bouwen, samen met zes andere Nederlandse partners. De superscanner maakt ongekend gedetailleerde hersenplaatjes mogelijk, maar kunnen proefpersonen zo’n sterk magneetveld wel aan?

Het was groot nieuws dat zelfs het achtuurjournaal haalde: Nijmegen krijgt de sterkste MRI-scanner ter wereld. Subisideverstrekker NWO stelt hiervoor 19 miljoen beschikbaar, vanuit het ‘Nationale roadmap’-subsidieprogramma. Dat potje is bedoeld voor belangrijke en dure onderzoeksapparatuur, waaronder bijvoorbeeld ook onderdelen voor ruimtetelescopen. ‘Deze scanner plaatst Nijmegen op het gebied van neuroimaging straks in het centrum van de wereld’, zegt onderzoeksleider David Norris (Donders Instituut) trots. ‘Dat zal Nijmegen nog aantrekkelijker maken voor internationale topwetenschappers.’

‘We kunnen hierdoor straks ook heel kleine hersenkernen identificeren’

Het apparaat zal een sterkte krijgen van maar liefst 14 Tesla – nooit eerder vertoond voor onderzoek naar mensen. Tesla is de natuurkundige eenheid voor magneetsterkte (het heeft niets te maken met het automerk). Ter vergelijking: het aardmagnetisch veld, waar een kompasnaald op reageert, is nog geen een-tienduizendste Tesla.

De nieuwe Nijmeegse scanner zal bijna vijf keer zo sterk zijn als de moderne 3-Tesla-MRI’s die nu in veel ziekenhuizen staan, en ook krachtiger dan alle bestaande scanners ter wereld die voor hersenonderzoek gebruikt worden. De huidige recordhouders zijn Parijs en Baltimore, waar momenteel twee 11,7-Tesla MRI’s staan.

Indrukwekkende prestaties

Wat kunnen we precies verwachten van deze scanner, die als alles meezit over drie jaar voor het eerst aan gaat? Norris hoeft hier niet lang over na te denken, vertelt hij op zijn werkkamer in het Trigongebouw. De hoogleraar MRI Fysica toont de ene na de andere artist impression op het scherm, samen met alle indrukwekkende prestaties die het DYNAMIC-consortium (zie kader) verwacht. ‘We kunnen straks veel betere scans maken, die details van 0.3 millimeter kunnen onderscheiden. De huidige scanners in Nijmegen halen met moeite 0.8 millimeter’, legt hij uit. ‘We kunnen hierdoor straks ook heel kleine hersenkernen identificeren.’

Ook wordt het mogelijk om de verschillende lagen van de grijze stof (de neuronen in de buitenste hersenlaag) te onderscheiden, zegt de hoogleraar, en hoe de informatieuitwisseling daarbinnen verloopt. Eerder werden daarvoor vooral proefdieren gebruikt. ‘Het onderscheiden van die lagen kan met de huidige sterke 7-Tesla scanners ook al, maar minder precies.’ Daarnaast is de benodigde scantijd bij 14-Tesla veel korter. Hierdoor worden studies mogelijk die nu te lang zouden duren voor proefpersonen.

Maar er komen ook totaal nieuwe onderzoeksmogelijkheden bij, zoals het meten van de hoeveelheid neurotransmitters, de boodschapperstofjes in ons brein. Norris: ‘Sommige daarvan kunnen we straks achttien keer gedetailleerder bepalen dan bij 7 Tesla.’ Dat biedt kansen om beter te snappen wat er precies misgaat bij ziektes waar deze stofjes bij betrokken zijn, zoals depressie en parkinson.

Dat mag allemaal veelbelovend klinken, toch brengt zo’n grote magneetsterkte allerlei praktische uitdagingen met zich mee. De huidige superscanners van 10 Tesla of meer kennen allerlei problemen, ondanks soms wel tien jaar sleutelen. Er is nog nauwelijks echt onderzoek met menselijke proefpersonen mee gedaan.

Zo zijn onderzoekers in Baltimore al jaren bezig om hun 11,7-Tesla-superscanner te repareren, nadat die tijdens eerste tests onbedoeld opwarmde. MRI-scanners worden met vloeibaar helium gekoeld tot een fractie boven het absolute nulpunt (273 graden onder nul), omdat de stroomdraden alleen dan supergeleidende eigenschappen hebben. Dat is nodig om het magneetveld te creëren. De even sterke scanner in Parijs is al een decennium in aanbouw en heeft tot nu toe slechts testplaatjes van het binnenste van een pompoen opgeleverd.

Maximumgrens opgeschoven

Moet je wel een nóg sterker MRI-apparaat willen, als huidige topscanners al zo veel problemen kennen? Juist wel, zegt Norris. De Nijmeegse scanner zal namelijk technisch heel anders in elkaar zitten dan de huidige apparaten. ‘Met het supergeleidende materiaal dat we traditioneel gebruiken, kun je theoretisch tot maximaal 12 Tesla gaan. De huidige high field scanners (met een hoge magnetische veldsterkte, red.) zitten daar vlak tegenaan, daarom kennen ze zoveel technische problemen.’

‘Ik voorspel je dat de eerste persoon die erin gaat, er kotsend uit komt’

In de Nijmeegse variant ligt de theoretische maximumgrens veel verder, op 28 Tesla, en wordt de scanner niet tot het uiterste gepusht. Ook hoeven materialen minder extreem gekoeld te worden. Daarom is er geen (soms lastig te verkrijgen) helium nodig, maar wordt er gekoeld met behulp van een vacuüm. Een bijkomend voordeel is dat de scanner een stuk compacter zal zijn dan de huidige superscanners, met een brede opening voor proefpersonen – prettig voor wie een tikje claustrofobisch is.

Kermisattractie

Er klinken ook zorgen over wat zo’n scanner doet met proefpersonen. ‘Ik voorspel je dat de eerste persoon die erin gaat, er kotsend uit komt’, zegt bijvoorbeeld John van Opstal op besliste toon, in zijn kantoor in het Huygensgebouw. Dat komt, legt de hoogleraar Biofysica (eveneens Donders Instituut) uit, doordat sterke magneetvelden het evenwichtsorgaan stimuleren, op een vergelijkbare manier als een kermisattractie. ‘Je krijgt het gevoel dat je continu ronddraait.’ Van Opstal doet al tientallen jaren onderzoek naar onder meer de werking van het evenwichtsorgaan dat in ons binnenoor huist.

 Bij relatief lage veldsterktes als 3 Tesla is het stimulerend effect nog klein, maar bij 7 is het al behoorlijk merkbaar. Van Opstal pakt er een video bij waarin een close-upopname te zien is van het oog van een proefpersoon in een 7 Tesla-MRI. Het oog gaat de hele tijd heen weer. Zo’n zogeheten nystagmus is een automatische oogreflex die optreedt als je ronddraait.

Zweven

Van Opstal: ‘Bij 14 Tesla zal dit nog erger zijn. Misschien zijn de effecten dan zelfs schadelijk – dat weet niemand.’ Mogelijk komen er bijvoorbeeld gehoorsteentjes los in de otolieten (een onderdeel van het evenwichtsorgaan), zegt hij. Dit leidt tot een vorm van draaiduizeligheid die weken kan aanhouden. De vraag is ook of er al zogeheten paramagnetische effecten op kunnen treden – een fenomeen waarmee dingen gaan zweven. Zoiets gebeurt bij extreme magneetsterktes, zoals die van de (niet voor mensen geschikte) 37,5-Tesla-scanner bij HFML-FELIX waarmee Nijmeegse natuurkundigen in 1997 een kikker lieten zweven. Een proefpersonen in de nieuwe scanner zal niet gaan zweven, maar kleine dingen in het lichaam misschien wel, speculeert Van Opstal.

‘We nemen veiligheid zeer serieus’

Norris benadrukt dat hij en zijn collega’s echt niet over een nacht ijs gaan. ‘We nemen veiligheid zeer serieus’, zegt hij. ‘We weten van andere sterke scanners dat er kortdurende effecten kunnen optreden, waaronder duizeligheid. We gaan pas proefpersonen onderzoeken nadat al die aspecten grondig onderzocht zijn. Bovendien komt er een onafhankelijke veiligheidscommissie die alles toetst. En we werken nauw samen met Parijs en andere labs om te leren van hun ervaringen met superscanners.’ Zweefeffecten verwacht hij ook niet. En mocht het écht nodig zijn, zegt hij, dan kan de magneetsterkte omlaag geschroefd worden. Weggegooid geld zal de miljoeneninvestering dus sowieso niet zijn, wil hij maar zeggen.

Duizeligheid

Ook hoogleraar Radiologie Thijs van Osch (Leids Universitair Medisch Centrum) verwacht geen onoverkomelijke problemen. Van Osch, die zelf betrokken is bij het DYNAMIC-consortium, onderzocht meermaals de risico’s van scannen bij hoge veldsterktes. Zo analyseerde hij in 2013 de ervaringen van ruim honderd proefpersonen met de sterke Leidse 7-Teslascanner. ‘Die vielen mee. Een derde van de mensen kreeg last van duizeligheid, maar vooral op het moment dat ze de scanner ingingen’, licht hij telefonisch toe. ‘Dat kun je al een stuk verhelpen als je mensen heel langzaam erin schuift.’

Daarnaast vond een even grote groep het harde scannergeluid oncomfortabel (ondanks gehoorbescherming). Slechts 3 procent vond de scansessie alles bij elkaar genomen echt vervelend. Van Osch: ‘In de praktijk wennen de meeste mensen gewoon na een minuut of tien. Ik verwacht daarom niet dat 14 Tesla opeens wel problematisch zal zijn.’

Hoe de nieuwe aanwinst van het Donders Instituut precies zal uitpakken weten we waarschijnlijk pas over een jaar of tien. Dan is de scanner volledig uitgetest en moet hij op volle toeren draaien in het hersen- en medisch onderzoek, is de planning. Norris, met een lach: ‘Ik ben hier tot mijn pensioen wel zoet mee.’