'Zenuwcellen zoeken stabiele partners om brein te bedraden'

Krijgen zenuwcellen hulp bij het vinden van geschikte partners?

“We denken dat spontane activiteit een grote rol speelt, dat is de elektrische activiteit die door het hele brein gegenereerd wordt voordat de zintuigen actief zijn. Pas na de geboorte krijgen de hersenen via ogen, huid, tong, oren en neus input over de omgeving binnen. Stel je ziet een gezicht. Die visuele prikkel leidt tot bepaalde hersenactiviteit, zodat je brein de binnenkomende informatie kan verwerken en erop kan reageren. Deze hersenactiviteit is niet spontaan; het ontstaat omdat zenuwcellen in het netvlies iets ‘echts’ opmerken. Een brein dat daarop reageert is aan het leren.”

“Spontane activiteit daarentegen heeft geen aanleiding. Zo zien we in muizen van twee weken oud, die hun ogen nog dicht hebben en blind zijn, dat hun netvlies al spontane activiteit genereert. Terwijl ze op dat moment nog geen lichtgevoelige zenuwcellen in het oog hebben die licht kunnen omzetten in zenuwpulsen. Deze vorm van hersenactiviteit heeft dus niks met ervaringen van de muis te maken, het gebeurt vanuit het niets. We zien dat het helpt om zenuwcellen met elkaar te verbinden.”

Wat doet die spontane activiteit dan?

“Het leidt ertoe dat synapsen die dicht bij elkaar liggen groepjes gaan vormen die tegelijkertijd actief zijn. Synapsen die dicht bij elkaar liggen op dezelfde cel hebben daardoor een grotere kans om zich te stabiliseren.”

Wat is het voordeel voor een zenuwcel als zijn contactpunten op elkaar afgestemd zijn?

“Twintig jaar geleden kwamen onderzoekers met een theorie. Ze stelden zich elke dendriet, een uitloper die informatie ontvangt, voor als een kleine computer. Van elke afzonderlijke dendriet kan de cel dan berekenen welke informatie er binnenkomt. Als het zo werkt, kan een zenuwcel vijftig keer meer verschillende patronen van input herkennen dan wanneer hij een gemiddelde neemt van alle input. Als synapsen samenwerken, vergroot dat de kans dat hun input groot genoeg is om een zenuwcel te laten reageren. Als ze allemaal verspreid liggen zijn hun individuele boodschappen wellicht niet sterk genoeg. Die groepsvorming onder synapsen gebeurt al voordat muizen hun ogen opendoen.”

De bedrading wordt dus vrij precies aangelegd voor de geboorte. Waarom? Als de zintuigen eenmaal actief zijn kan je door te leren de boel nog finetunen toch?

“Dat laatste gebeurt sowieso. Mijn hypothese is dat spontane activiteit de activiteit nabootst die later door ervaringen in het echte leven opgewekt wordt. Het bereidt de hersenen voor op wat er na het openen van de ogen gaat gebeuren. Alsof het brein in een vluchtsimulator alvast aan het oefenen is. Onderzoek van collega’s wijst in die richting. Ze maten dat de spontane activiteit in het netvlies van pasgeboren muizen hetzelfde patroon heeft als de activiteit van volwassen muizen, alsof je iets boven je hoofd ziet. Ze lieten een cirkelvormig object bewegen boven de kooi. De dieren schrokken en verstopten zich. Wat ze zien lijkt op een havik, ook al hebben ze nog nooit een havik gezien. Wellicht traint evolutie de hersenen door middel van spontane activiteit die later in het leven relevant kan zijn.”

In hoeverre kan je de bedrading van de hersenen nog veranderen tijdens het leven?

“Hersenen hebben de capaciteit om te veranderen na de geboorte, door te leren. We weten ook wat er gebeurt als kinderen geïsoleerd opgroeien; zonder sociaal contact verloopt de hersenontwikkeling anders. Toch ben ik ervan overtuigd dat de meeste variatie tussen mensen in de bedrading van hun hersenen al vast ligt vóór de geboorte. Bij muizen zien we dat er voor het openen van de ogen al zoveel specificiteit is in verbindingen; het zijn geen willekeurig aangemaakte verbindingen die om de haverklap veranderen.”

Wat gebeurt er als verbindingen niet goed worden aangelegd tijdens de ontwikkeling van het brein?

“Het hele systeem is vrij robuust. Niet alle fouten leveren problemen op. Een tijdje terug was er een dertienjarig meisje dat een hersenscan onderging; zij bleek maar een halve hersenschors te hebben. Ze was goed op school, het viel niemand op. Sommige veranderingen vallen niet op, omdat de hersenen kunnen compenseren voor fouten.”