Om duidelijk te maken waar Joëls zoal mee bezig is, vertelt ze eerst wat meer over stress. Er zijn twee soorten stress: korte en langdurige. Korte stress ondervind je bijvoorbeeld wanneer je te laat komt op een afspraak. Dat is even vervelend, maar de meeste mensen kunnen daar goed mee omgaan. Kortdurende stress kan zelfs je leven redden. Stel, je moet plotseling hard wegrennen voor een loslopende leeuw. Je schiet dan onmiddellijk in de stress: je lichaam maakt de stresshormonen adrenaline en cortisol aan. Je spieren en je hersenen hebben meer energie nodig, dus er circuleert meer suiker in je bloed. En vanwege je behoefte aan extra zuurstof gaat je hart sneller kloppen. Dit zijn allemaal effecten van die stresshormonen. Zij zorgen ervoor dat jij snel wegkomt. Of in het geval van een tentamen: dat je goed kunt nadenken.

Maar wat gebeurt er als je voortdurend stress hebt, waarover je geen controle meer hebt? Bijvoorbeeld wanneer je onder een vervelende baas werkt waarvan je niets kunt zeggen. De stresshormonen zorgen er in dat geval voor dat je lichaam dag in dag uit blijft doorgaan met reageren. Je lichaam, inclusief je hersenen, gaat ten onder ten gevolge van die stressvolle situatie. Je lichaam staat dan continu blootgesteld aan suikers. Op lange termijn wordt je lichaam steeds minder gevoelig voor die brandstof en gaat zich er tegen afschermen. Zo kun je diabetes type twee ontwikkelen door stress. Ook kun je, omdat je hart voortdurend snel blijft kloppen, last krijgen van allerlei hartproblemen. Bovendien heeft stress effect op de hersenen, en dat is waar Joëls en haar groep voornamelijk mee bezig zijn.

Je hersenen reageren op stress. Wanneer je langdurig blootstaat aan stress, kan er schade in de hersenen optreden. Je wordt geboren met ongeveer 100 miljard hersencellen. Tijdens je leven worden nauwelijks nog nieuwe hersencellen aangemaakt, alleen in enkele kleine gebiedjes. Wanneer je langdurige stress ondervindt, maken deze gebiedjes minder nieuwe cellen aan. Bovendien worden bepaalde hersenstructuren kleiner, andere groter en verandert de vorm van sommige hersencellen. Dit kan resulteren in een verhoogd risico op depressies. En je wordt minder goed in het opslaan van nieuwe informatie. ‘Deze effecten zijn echter waarschijnlijk wel omkeerbaar’, stelt Joëls gerust.

Leergedrag

Joëls bestudeert de hersenen op het niveau van de cel en probeert te beschrijven wat de gevolgen zijn van stress op de vorm en functie van de hersencellen. Hierbij kijkt ze in het bijzonder naar de gevolgen van kortdurende stress voor het leergedrag; dus hoe leren en het geheugen worden beïnvloed door stress.

‘Toen ik begon met het onderzoek naar de functie van cellen was het een heel nieuw vakgebied. Niemand had er nog aan gedacht om te kijken naar het effect van stress op de elektrische activiteit van hersencellen. Mijn eerste artikel verscheen dan ook meteen in Science, een leuke binnenkomer’, lacht Joëls. ‘Inmiddels achttien jaar later zijn we wereldwijd een van de leiders op het gebied van de fysiologie van de hersencel. Naarmate mijn groep groter werd ben ik die fysiologie gaan koppelen aan het moleculaire mechanisme, dus wat er echt op moleculair niveau gebeurt en gaan kijken naar de invloed op het gedrag.’

Positieve stress

Hoewel stress vaak geassocieerd wordt met iets vervelends kan het, mits het de kortdurende vorm betreft, zeer positief zijn. Kortdurend stress heeft weinig gevolgen voor de vorm van cellen en het ‘geboren worden’ van nieuwe cellen, maar werkt wel sterk op de functie van cellen. Er zijn twee fases van effect op de hersenen te onderscheiden bij kortdurende stress. Het eerste, snelle effect verhoogt de activiteit van de hersenen; dit geldt vooral voor die gebieden die betrokken zijn bij aandacht, het inschatten van een situatie, het vergelijken met voorgaande ervaringen en het opslaan van wat je meemaakt.

De tweede fase gaat langzamer, omdat daar gentranscriptie bij nodig is. In dit proces worden genen afgeschreven, ze komen tot expressie waarbij eiwitten worden gevormd, wat enige tijd in beslag neemt. Heb je tijdens een stressvolle situatie een hormoon aangemaakt dat via de afschrijving van genen werkt, dan zul je de effecten daarvan pas na een uur zien. ‘Deze tweede fase heeft twee functies: hij zorgt dat de extra hersenactiviteit weer teruggebracht wordt, je moet immers geen uren van de kook zijn als je iets stressvols meemaakt’, zegt Joëls. ‘Bovendien sla je dankzij deze fase de informatie van de gebeurtenis goed op, zodat als je het in de toekomst nog eens meemaakt, je er beter mee omgaat.’

Expressie

Om precies te achterhalen wat er in de hersenen gebeurt tijdens stress, moet je zeer nauwkeurig kijken, want het cellichaam van een enkele hersencel is ongeveer tien micron groot. Aangezien de huidige MRI-scanners nog niet op deze schaal kunnen kijken, wordt er gewerkt met proefdieren, voornamelijk ratten en muizen.

Hele kleine stukjes hersenweefsel worden verwijderd en kunstmatig in leven gehouden zodat ze functioneel blijven. ‘Aan zo’n stukje weefsel kunnen we allerlei stoffen toevoegen, bijvoorbeeld corticosteron, wat bij ratten dezelfde werking heeft als het stresshormoon cortisol bij mensen. Of we halen er iets uit, dat we vervolgens heel precies meten. Ook kunnen we iets veranderen aan de receptoren, dit zijn de moleculen waaraan een neurotransmitter of hormoon zich bindt en die vervolgens een effect tot stand brengen in de cel. We kijken dan of en hoe deze verandering de functie van de cel beïnvloedt. Hierdoor leren we iets over het onderliggende mechanisme. Een andere mogelijkheid is om receptoren in bepaalde gebieden van de hersenen niet tot expressie te laten komen. Op die manier zijn we er onder andere achter gekomen dat stresshormonen een belangrijke rol spelen bij het geheugen.’

Nieuwe vondst

Joëls voert helaas zelf geen onderzoek meer uit in het laboratorium, maar er zijn gelukkig volop enthousiaste mensen in haar groep die daar dagelijks mee bezig zijn. Zelf heeft ze het meestal te druk met het begeleiden van de ruim vijftien onderzoekers in haar groep en het geven van colleges. Wel krijgt ze alle data onder ogen, denkt ze mee over interpretaties en voert ze sommige analyses uit.

De experimenten die Joëls begeleidt zijn zeer uiteenlopend van karakter, maar hebben allemaal iets te maken met stress. Zo wordt op het instituut onderzoek gedaan naar de invloed van stressvolle ervaringen tijdens de jeugd op het verdere leven. ‘Dat gebeurt ondermeer door maternale deprivatie. Een rattenpup wordt enige tijd bij zijn moeder weggehaald. In een ander experiment wordt gekeken wat het effect is van de hoeveelheid tijd en aandacht die een rattenpup van zijn moeder ontvangt op het functioneren van het dier in zijn latere leven. Het blijkt dat dat effect heeft op het tot expressie komen van de genen. De genetische code verandert dus door wat je tijdens je vroege leven meemaakt. Dit noem je epigenetica.’ Verder wordt op het instituut onderzocht wat stresshormonen doen met een gebied in de hersenen dat betrokken is bij emotie.

Vorig jaar deed Joëls onderzoeksgroep nog een opzienbarende ontdekking. ‘Henk Karst liet zien dat sommige receptoren zonder gentranscriptie kunnen. Dit betekent dat deze receptoren zich niet eerst aan het DNA in de kern hoeven te binden, maar direct naar de buitenkant van de cel gaan. Gentranscriptie duurt normaal wel een uur. Als dit niet hoeft gaat het hele proces veel sneller dan altijd gedacht, zelfs binnen minuten. Dit was een totaal nieuwe vondst’, vertelt Joëls enthousiast.

Joëls maakt overigens weinig gebruik van haar wetenschappelijke kennis van stress in het dagelijkse leven. ‘Ik herken tekenen van verkeerde stress wel snel, ook bij mezelf.’ Joëls voegt lachend toe: ‘Maar dat kan iemand die iets afweet van arbeidspsychologie ook wel.’

Metaniveau

‘Ik denk dat ik vooral goed ben in het bedenken van nieuwe concepten, ik ben op een metaniveau met onderzoek bezig. Originele ideeën zijn niet gebonden aan geld of wie de beste faciliteiten heeft. Ondanks dat we minder geld hebben dan Amerikaanse onderzoekers, kunnen we dankzij originaliteit toch een belangrijke rol spelen in het veld.’

Joëls geeft voorlichting op middelbare scholen en is mede-initiatiefneemster van het oprichten van de nieuwe, succesvolle studie Psychobiologie (gestart in 2003). Hoewel het aantal studenten bij de meest bètastudies afneemt, is het aantal eerstejaarsstudenten Psychobiologie binnen drie jaar gegroeid tot 120. Toch vraagt de neurobiologe zich af of deze enorme toename gunstig is voor de docenten en de studenten. In haar rede ‘Meer bètastudenten?’, die Joëls zal uitspreken op 29 maart a.s. tijdens de facultaire diesviering, zal ze hier uitgebreid bij stilstaan.

‘Onderzoek doen is voor mij een soort vakantie. Als ik een sabbatical van een halfjaar zou hebben, zou ik wel onderzoek willen doen naar human imaging; mensen een taak laten leren en in een mri-scanner observeren. Dat is eigenlijk neuropsychologie, voor mij een heel nieuw veld. Het lijkt me heel spannend om te zien of de ideeën die we hebben verkregen op basis van proefdiermodellen ook opgaan bij mensen. Maar als ik daar ooit mee begonnen was, dan denk ik dat ik toch over gegaan was op mijn huidige onderzoek, want dit is echt bevredigend. Ik vind het leuk om mechanistisch bezig te zijn, want uiteindelijk wil ik toch weten hoe het écht werkt!’