Snel moduleren van keuzegedrag met ultrageluid op de menselijke frontale oogvelden

Waarom dit onderzoek ertoe doet voor alledaagse keuzes

Veel van onze beslissingen van een fractie van een seconde, zoals waar we naar kijken wanneer iets in onze periferie flikkert, voelen automatisch. Toch worden ze aangestuurd door precieze activiteit in kleine hersengebieden diep onder de schedel. Deze studie toont aan dat zachte pulsen ultrageluid, van buiten het hoofd toegediend, deze snelle oogbewegingskeuzes bij mensen kunnen beïnvloeden binnen enkele honderdsten van een seconde. Het werk opent de deur naar het gebruik van geluidsgolven om te onderzoeken hoe hersencircuits besluitvorming ondersteunen en suggereert toekomstige, zeer gerichte therapieën die geen chirurgie of geïmplanteerde apparaten vereisen.

Een nieuwe manier om hersenactiviteit te beïnvloeden

Wetenschappers zoeken al lang naar instrumenten die hersenactiviteit zowel ruimtelijk nauwkeurig als in milliseconden kunnen veranderen. Bestaande methoden zoals magnetische of elektrische stimulatie kunnen brede gebieden beïnvloeden en soms sterke, storende reacties veroorzaken. Daarentegen gebruikt transcraniële ultrasonische stimulatie (TUS) gefocusseerde geluidsgolven op frequenties ver boven het hoorbare om hersenweefsel zachtjes te beïnvloeden zonder chirurgie. Dierstudies suggereerden dat TUS keuzes kan sturen door in te grijpen op specifieke hersencircuits, maar het was onduidelijk of dezelfde precieze, onmiddellijke effecten veilig bij mensen bereikt konden worden, en of het resultaat excitatie, inhibitie of slechts verstoring van de lopende activiteit zou zijn.

Richten op het controlecentrum voor oogbewegingen

De onderzoekers richtten zich op de frontale oogvelden (FEF), kleine regio’s aan weerszijden van de hersenen die helpen beslissen waar we vervolgens naar kijken. Elke FEF bestuurt voornamelijk snelle oogbewegingen, of saccades, naar de tegenoverliggende zijde van de ruimte. Dat maakt de FEF tot een ideaal testgebied: als stimulatie de output verandert, zouden oogbewegingskeuzes op een duidelijke, meetbare manier moeten verschuiven. In de studie voerden 35 proefpersonen een eenvoudig spel uit. Bij elke proef verschenen twee korte “planeet”-doelen na elkaar links en rechts van een centraal fixatiepunt, gescheiden door slechts enkele duizendsten van een seconde. De deelnemers moesten zo snel mogelijk naar het doel kijken dat het eerst verscheen, en kregen punten bij juiste antwoorden of verliezen bij fouten.

Geluidspulsen die het evenwicht subtiel doen kantelen

Tijdens kritische proeven gaf het team 500 milliseconden durende treinen van gefocusseerd ultrageluid aan ofwel de linker- of de rechter-FEF precies toen het eerste doel verscheen. In andere proeven stimuleerden ze een controlegebied in het handgebied van de motorische cortex, of speelden alleen een maskergeluid zonder ultrageluid. De taak was zo ontworpen dat veel proeven zeer kleine timingverschillen tussen de twee doelen hadden, waardoor het “juiste” antwoord onzeker werd en dus gemakkelijker beïnvloedbaar door zelfs een kleine bias in hersenactiviteit. Het belangrijkste resultaat was dat TUS naar een FEF betrouwbaar saccades naar de tegenoverliggende zijde van de ruimte vergrootte: stimulatie van de linker FEF leidde tot meer rechterkeuzes, en stimulatie van de rechter FEF tot meer linkskeuzes, vooral wanneer het visuele bewijs ambigu was. Belangrijk is dat vergelijkbaar ultrageluid naar het handmotorische gebied de oogkeuzes niet verschuift, wat aantoont dat het effect specifiek was voor het circuit dat oogbewegingen aanstuurt en niet voor algemene sensaties of geluiden van het apparaat.

Hersenchemie helpt verklaren wie het meest wordt beïnvloed

Niet ieders keuzes verschoof in gelijke mate. Om te begrijpen waarom, maten de onderzoekers GABA+-niveaus, een merker van inhibitorische hersenchemie, in de linker FEF en linker motorische cortex met magnetische resonantiespectroscopie. Deelnemers met lagere baseline GABA+ in de FEF—wat een lagere remmende toon betekent—lieten de grootste door ultrageluid veroorzaakte verandering in oogbewegingsbias zien, terwijl degenen met een hogere remmende toon minder veranderden. Deze relatie was specifiek voor de FEF: GABA+-niveaus in de motorische cortex voorspelden geen effect van TUS op oogkeuzes. De bevindingen suggereren dat ultrageluid niet simpelweg de hersenactiviteit op een vaste manier opendraait of dempt; in plaats daarvan werkt het samen met het bestaande evenwicht tussen excitatie en inhibitie in iemands hersenen.

Snel, precies en veelbelovend voor toekomstige toepassingen

De timing van de effecten is cruciaal. De verschuiving in oogbewegingen verscheen zelfs in de snelste proeven, wanneer deelnemers minder dan ongeveer 265 milliseconden stimulatie hadden voordat ze hun ogen bewogen. Tegelijk was er geen daling in de algehele nauwkeurigheid en weinig bewijs dat de bias doorwerkte naar de volgende proef. Samen impliceert dit dat TUS kan fungeren als een moment-tot-moment "duwtje" op lopende hersenberekeningen in plaats van als een lompe, langdurige verstoring. Voor de lekenobservator is de conclusie dat zorgvuldig afgestemd ultrageluid onze kleine oogbewegingsbeslissingen in realtime kan sturen, en dat de sterkte van het effect afhangt van de onderliggende chemie van ieders hersenen. Dit plaatst gefocusseerd ultrageluid als een krachtig, niet-invasief instrument om oorzaak-en-gevolgrelaties in het menselijk brein in kaart te brengen, en als een potentiële stap richting toekomstige gepersonaliseerde behandelingen voor stoornissen van aandacht, beweging en besluitvorming.

Bronvermelding: Farboud, S., Kop, B.R., Koolschijn, R.S. et al. Rapid modulation of choice behavior by ultrasound on the human frontal eye fields. Nat Commun 17, 2966 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69854-7

Trefwoorden: transcraniële ultrageluid, oogbewegingen, hersenstimulatie, besluitvorming, GABA-remming