Het is misschien een overbodige constatering, maar herinneringen zitten niet in moleculen. Hoewel wetenschappers genoeg muizen gemaakt hebben die eiwitten missen en daardoor een slecht werkend geheugen hebben, kunnen eiwitten – die in alle neuronen voorkomen – natuurlijk nooit herinneringen coderen.
Het geheugen speelt zich enkele tredes hoger af. In de hippocampus, het hersengebied recht achter je oren, bevinden zich neuronen die actief zijn bij het ophalen van herinneringen. Maar de hippocampus is geen ladenkast, waar elke herinnering is vastgelegd in één pakketje zenuwcellen. Het is niet mogelijk één herinnering, zeg het telefoonnummer van je ouders, te wissen door de zenuwcellen op coördinaten x,y en z uit te schakelen.
Hoe ziet een herinnering er dan uit in de hersenen? Kun je een herinnering überhaupt ‘zien’? Dat valt nog niet mee. Eén van de krachtigste ideeën over informatieopslag door de hersenen komt uit het onderzoek naar LTP, long term potentiation. Neuronen verstevigen synaptische contacten met elkaar onder invloed van een kortdurende, hevige prikkel. Een herinnering wordt vastgelegd door tienduizenden verstevigde synapsen, verspreid over een netwerk in de hersenen.
Het LTP-dogma suggereert een ‘hard wired’ geheugen. Een herinnering of een geheugenspoor zou bestaan uit duizenden of tienduizenden zenuwcellen die, doordat ze iets ‘geleerd’ hebben, warm synaptisch contact met elkaar hebben. Een herinnering is dan een route langs de weg van de minste weerstand door een netwerk. Als je aan het telefoonnummer van je ouders denkt, zouden telkens ongeveer dezelfde neuronen in het netwerk vuren.
Maar elektrofysiologisch onderzoek in levende dieren die iets leren, wijst vooral op het dynamische karakter van geheugen. Neurobioloog prof. dr. Cyriel Pennartz, van de Universiteit van Amsterdam, bestudeert ratten die overdag geleerde patronen in hun slaap weer afspelen. Hij schetst een herinnering als een tijdelijke alliantie van tienduizenden zenuwcellen die met z’n allen een herkenbaar vuurpatroon produceren. Van al die cellen kun je makkelijk een paar honderd missen, zonder dat de herinnering beschadigd raakt.
Pennartz: ‘Die duizenden cellen kunnen gelijktijdig vuren, maar ze kunnen juist ook heel goed uit de pas lopen. Tijdens een leerervaring in wakkere toestand en vervolgens tijdens slaap, zien we een opvallende gelijkenis van de opeenvolging van patronen van celactiviteit. Tijdens slaap komt een opgeslagen patroon blijkbaar weer terug. Statistisch gezien is het zeer onwaarschijnlijk dat die gelijkenis op toeval zou berusten. Die terugkeer van patronen tijdens slaap, wijst er op dat er een soort rondzingen optreedt, waarbij patronen zich herhalen.’
Wiskundige modellen vult de elektrofysiologie aan. Door een model te maken dat dezelfde patronen genereert als waargenomen worden in de hersenen, is het mogelijk leerprocessen na te bootsen. Uit de wisselwerking van elektrofysiologie en modellen verwacht Pennartz dan ook de grootste wetenschappelijke vooruitgang rond het geheugen.
‘Een beroemd voorbeeld is een model voor het aanleren van welke zintuiglijke prikkels in een leersituatie gevolgd worden door beloningen. Dat model werd oorspronkelijk ontwikkeld om robots te laten leren. Later bleek dat dopamine-cellen in de hersenen precies dezelfde activiteitspatronen laten zien als gemodelleerd waren in de robot.’