Nobelprijs voor GPS in de hersenen

Je loopt op de automatische piloot van de supermarkt naar huis. Maar hoe kan dat eigenlijk? Hoe weet je waar de supermarkt staat en waar je huis is? Hoe weet je door welke straten je allemaal moet lopen? En hoe komt het dat je na één keer de route kunt onthouden zodat je een volgende keer niet meer verdwaalt? Dat heb je allemaal te danken aan het positioneringssysteem in je hersenen. Een systeem waarmee je heel goed kunt oriënteren en navigeren. De Nobelprijswinnaars van dit jaar ontdekten de belangrijkste onderdelen van deze innerlijke GPS.

Plaatscellen

In 1948 zag psycholoog Edward Tolman dat ratten in een labyrint kunnen navigeren. Hij veronderstelde toen al dat er in de hersenen een soort plattegrond van de omgeving aanwezig moest zijn, maar op dat moment had niemand nog een idee hoe dat eruit zou kunnen zien. In 1958 werd het mogelijk om de hersenactiviteit te meten bij dieren die vrij rondlopen. John O’ Keefe was een van de eersten die hier gebruik van maakte. Hij was gefascineerd door hoe de hersenen het gedrag beïnvloeden en besloot in de jaren zestig zijn onderzoek daarop te richten.

Hij nam signalen op van individuele zenuwcellen in de hippocampus van ratten terwijl de knaagdieren zich vrij door een kamer bewogen. Hij zag dat sommige cellen alleen actief waren als een rat op een bepaalde plaats in de kamer was. Was de rat op een andere plek, dan waren er ook weer andere zenuwcellen actief. O’ Keefe concludeerde in 1971 dat dit de cellen waren die een innerlijke plattegrond van de omgeving maken. Hij noemde ze dan ook ‘plaatscellen’. Iedere plek in de kamer heeft zijn eigen plaatscel. Een plattegrond van de omgeving ontstaat door een specifieke combinatie op te slaan van plaatscel-activiteiten in de hippocampus.

Gridcellen

In de jaren tachtig en negentig gingen de meeste wetenschappers er vanuit dat de plaatscellen werden aangestuurd vanuit de hippocampus zelf. May-Britt Moser en Edvard Moser deden samen onderzoek aan de hippocampus en vroegen zich af of de plaatscellen niet vanuit een ander hersengebied aangestuurd konden worden. Zij ontdekten een opvallend hoge activiteit van cellen in de zogenaamde entorinale schors, een gebiedje aangrenzend aan de hippocampus, toen zij ratten los door een kamer lieten lopen. In 2005 ontdekten zij, in de schors, een nieuw celtype; de gridcellen.

Gridcellen hebben een hele bijzondere eigenschap. Zij worden altijd geactiveerd in het patroon van een zeshoek. Gaat de rat naar een andere locatie, dan wordt weer een nieuwe zeshoek geactiveerd. Door het systeem van zeshoeken wordt uiteindelijk geen hoekje van de kamer gemist. De gridcellen zorgen ervoor dat de plaatscellen niet alleen een platte kaart maken, maar dat de hersenen ook afstanden in kunnen schatten en kunnen navigeren.

Ziekte van Alzheimer

Dankzij _brain imaging_-technieken zoals fMRI weten we inmiddels dat er ook in onze eigen hersenen plaatscellen en gridcellen bestaan. Bij patiënten met de ziekte van Alzheimer raken de hippocampus en de entorinale schors vaak in een vroeg stadium aangetast. Is dat de reden dat mensen die lijden aan deze ziekte vaak verdwalen of hun omgeving niet meer kunnen herkennen? Nu we weten hoe het positioneringssysteem in de hersenen werkt, kan hier wellicht antwoord op komen.

Lees meer over GPS in de hersenen:

• Een TomTom voor je hersenen (Kennislinkartikel)
• Nooit meer de weg kwijt na een beroerte (Kennislinkartikel)
• Snel meer begrip van onze neurale TomTom (Radboud Universiteit Nijmegen)