Helpt de hommel ons aan een beter gehoorimplantaat?

Neurowetenschapper Martijn Agterberg vermoedt dat hommels hem kunnen leren hoe hij gehoorimplantaten kan verbeteren. Hij heeft de insecten uitgenodigd in zijn mobiele lab.

Wie wil aanbellen bij de Nijmeegse neurowetenschapper Martijn Agterberg moet zich eerst langs een witte kast op wielen (formaat kleine ­caravan) wurmen. Op de kast staat in grote letters ‘Hearing & Implants’. Maar in dit mobiele laboratorium – want dat is het – blijken hommels rond te vliegen.

De hommels zijn tijdelijke bewoners, ‘coronagasten’. In normale tijden onderzoekt Agterberg in dit lab zeer slechthorende Duitse kinderen. Die ­gebruiken andere gehoorimplantaten dan hun Nederlandse evenknieën, en Agterberg vergelijkt in zijn onderzoek de audiologische resultaten van de verschillende typen (spoiler: het maakt niet veel uit).

Gauw nog even mobiele lab opgehaald

Door de coronamaatregelen moeten veel wetenschappers hun manier van werken aanpassen. Voor Agterberg betekent dat hij geen mogelijkheid heeft om zijn patiënten te bezoeken. En daardoor heeft de neurowetenschapper, die werkt aan de Radboud Universiteit en het Nijmeegse Donders Instituut voor cognitieonderzoek, meer tijd om hommels te trainen. En met goede reden, want dat zou voor die slechthorende patiënten verbeteringen kunnen opleveren.

AGTERBERG «Corona kwam, en ik ben als een speer naar het Radboudumc gegaan om daar mijn mobiele lab op te halen. Officieel mocht ik het ziekenhuis al niet meer in, maar ik kreeg gelukkig toch toestemming. Ik heb mijn lab aan mijn jeep gekoppeld en ben weggereden.»

Wageningen Universiteit mocht hij voor zijn experimenten met hommels echt niet meer in, dus hij besloot ze dan maar thuis te laten bezorgen – wetenschappers kunnen bij commerciële bedrijven hommels per doos kopen. ‘Ik dacht, dan bouw ik hier wel een trainingsopstelling.’

In Wageningen worden de hommels getraind in een plastic bak van een kubieke meter. In het mobiele lab van Agterberg hebben ze alle ruimte en kunnen ze zelfs naar buiten om daar de boel te verkennen; iets wat ze graag doen. Hij heeft boven de toegangsdeur een klein rond gat uitgezaagd. ‘Een kattenluik voor hommels.’ Maar dat konden ze van buitenaf pas echt goed vinden toen hij er een randje zwart noppenschuim onder had gelijmd. Waarom? Hij heeft geen idee.

Ze hebben oren op hun antennes

- Wat hebben hommels te maken met slechthorende kinderen?

AGTERBERG «Ik zat een keer bij een bijeenkomst waar een imker een motivatiepraatje kwam houden. Hij vertelde dat bijen geen managers nodig hebben, omdat ze zo goed samenwerken. Ik luisterde maar half, eerlijk gezegd, maar toen hij vertelde dat bijen hun oren op antennes hebben, ging ik rechtop zitten.»

Om misverstanden te voorkomen: bijen en hommels (die tot dezelfde familie behoren) hebben geen echte oren. Hun sprieten, waarmee ze kunnen voelen, ruiken en horen, bevatten een scharnier waarin een membraan zit dat op dezelfde manier werkt als een menselijk trommelvlies. Dat betekent dat bijen en hommels hun ‘oren’ kunnen bewegen. Agterberg, die is gespecialiseerd in richtinghoren, was meteen geïntrigeerd: ‘Kunnen ze die bewegende oren dan ook gebruiken om geluid te lokaliseren?’

Het antwoord op die vraag zou kunnen leiden tot verbetering van gehoorimplantaten, waardoor die meer gaan functioneren zoals goed horende oren. Mensen die normaal horen, registreren onbewust dat geluid van rechts iets eerder binnenkomt via het rechteroor dan via het linkeroor, legt Agterberg uit.

Het verschil is heel klein, het gaat om microseconden, maar groot genoeg om – onbewust – te registreren. Daarom draaien mensen hun hoofd automatisch in de richting waar het geluid vandaan komt; als je rechts achter je iets hoort vallen, draai je je hoofd naar rechts en niet naar links.

In drukke omgeving kun je niet richtinghoren

Wie afhankelijk is van een gehoorimplantaat, mist die informatie. Dat komt omdat je met de huidige implantaten niet goed kunt richtinghoren. Dat is ook de reden dat mensen met een hoorapparaat een gesprek in een drukke omgeving vaak niet goed kunnen volgen. Als je de richting van het geluid niet goed kunt registreren en er bovendien een hoop ruis omheen zit, is dat gewoon moeilijk.

Bijen die op zoek zijn naar nectar zwermen tussen zoemende soortgenoten door; óók een drukke omgeving. Onderzoekers zijn er tot nu toe van uitgegaan dat bijen hun zicht en reukvermogen gebruiken om de nectar te vinden. Agterberg denkt dat ook hun oren daarbij een rol spelen.

AGTERBERG «Muggen maken met hun vleugels zoveel mogelijk geluid. Ik denk dat ze dat doen om echo’s te genereren, waarop ze vervolgens kunnen navigeren. Doen hommels dat ook? Ik vermoed van wel. Ik denk dat ze een biologisch mechanisme hebben ontwikkeld waardoor die antennes vibreren, en dat ze daardoor de richting van geluid kunnen detecteren. In de bananenvlieg is dit al aangetoond.»

Bijen missen een geluiddemper

Als zijn hypothese klopt, wil Agterberg weten hoe hommels dat voor elkaar krijgen.

AGTERBERG «Bedenk dat wij mensen een relatief groot hoofd hebben tussen onze relatief grote oren. Dat dempt geluiden. De piepkleine oortjes van bijen missen zo’n geluiddemper. Theoretisch zouden ze daarom niet in staat moeten zijn de juiste richting te bepalen, maar het lijkt erop dat ze dat wél kunnen.»

Als hij eenmaal snapt hoe, hoopt hij een richtingsgevoelige sensor te kunnen ontwikkelen die in het microfoontje van een gehoorimplantaat kan worden geplaatst. Op die manier kan de richtingsgevoeligheid van de implantaten verbeteren, en daarmee de kwaliteit van horen van slechthorende mensen.

In Agterbergs mobiele lab hangen 24 speakers in een halve cirkel naast en ­boven elkaar. De stoel in het midden, waarop normaal gesproken een kind zit, wordt nu bezet door een zoemend hommelvolk. Voorzichtig tilt hij het kartonnen deksel van de doos, waarin bij wijze van ­bijenkorf een soort winkelmandje zit met een deksel van plastic lamellen. Binnenin is het een drukte van belang.

AGTERBERG «In Wageningen worden de hommels getraind in een plastic bak en gaan ze zes weken mee. Nu hebben ze, als ze uitvliegen, alle ruimte. De huidige situatie is veel minder gecontroleerd. Bovendien heb ik over een paar weken honderden hommels vliegen. Dat is superspannend.»

Leren uitsluitend op geluid te vliegen

Agterberg, die voor dit nieuwe project een imkerpak heeft aangeschaft, heeft eerst in zijn tuin getest wanneer de hommels met een zoemend geluid reageren op geluiden die hij afspeelt: door welk geluid worden ze getriggerd? ‘Die stimulus heb ik gevonden, en die ga ik nu gebruiken om hen te conditioneren.’

Hij heeft aan de speakers lichtgroene plastic bakjes bevestigd met een suikeroplossing.

AGTERBERG «De vraag is nu of ik de hommels, als ik via bepaalde speakers geluid afspeel, kan leren dat ze het efficiëntst voedsel kunnen ophalen door uitsluitend op geluid te vliegen. Want dat is het enige dat verschil maakt in deze omgeving. De hommels zien 24 speakers, ze ruiken 24 voedselbronnen, maar ze horen vier locaties, en alleen op die locaties kunnen ze ook bij het voedsel.»

De overige voedselbronnen heeft hij ontoegankelijk gemaakt met een stukje gaas.

Als het lukt om aan te tonen dat de hommels echt kunnen richtinghoren, breekt de volgende fase van het onderzoek aan. Daarvoor moet hij Wageningen Universiteit in kunnen.

AGTERBERG «Daar hebben ze geavanceerde cameraopstellingen waarmee we de vliegbewegingen van die hommels, en hopelijk ook de bewegingen van de antennes, kunnen volgen.»

Ontwikkelen van een nieuw microfoontje

Als de opnames zijn hypothese bevestigen (dat wil zeggen: hommels kunnen inderdaad geluid lokaliseren door hun antennes te bewegen) kan hij beginnen aan de ontwikkeling van een nieuw microfoontje.

AGTERBERG «Eén gehoorimplantaat met zo’n nieuwe microfoon werkt dan misschien wel beter om geluiden te lokaliseren dan twee gehoorimplantaten. Dat zou betekenen dat de kosten van gehoorimplantaten met 50 procent kunnen verminderen, omdat patiënten nog maar één implantaat nodig hebben.»

Maar zo ver is het nog lang niet.

Inmiddels is in zijn mobiele lab een cameraopstelling getest die zijn collega van de Wageningen Universiteit heeft ontwikkeld. ‘De eerste resultaten zijn veelbelovend’, zegt Agterberg. De imker die hem inspireerde, heeft hij ook bij zijn onderzoek betrokken. Agterberg wil graag profiteren van de kennis in het veld: ‘Ik ben heel benieuwd naar observaties en filmpjes die andere imkers mogelijk hebben van bewegende bijenoren’.

(TROUW)