Onderzoekers hebben ontdekt hoe de hersenen bewegingen timen. Het antwoord: met een soort van geïntegreerde ‘zandloper’.
Of we nu praten, typen of een tennisbal slaan: bewegingen moeten precies op tijd worden uitgevoerd. Helaas hebben we geen speciaal zintuig waarmee we tijd bij kunnen houden, zoals we ogen hebben om licht te zien of een neus waar we geuren mee kunnen ruiken. Onderzoekers van het MPFI laten nu zien hoe twee belangrijke hersengebieden samenwerken als een soort zandloper om ons toch het vermogen te geven om bewegingen op het juiste moment te kunnen starten. Het onderzoek is gepubliceerd in het blad Nature.
Als een zandloper
In het onderzoek beschrijven de onderzoekers hoe de motorische cortex en het striatum samen een interne timer vormen. De motorische cortex is het hersengebied dat bewegingen aanstuurt. Het striatum ligt bijna in de kern van de hersenen en is verantwoordelijk voor veel zaken die samenhangen met aspecten van bewustzijn. Denk bijvoorbeeld aan motivatie, het maken van beslissingen en het verwerken van beloningen. Samen zorgen ze ervoor dat een beweging niet te vroeg en niet te laat begint.
De onderzoekers vergelijken het gevonden systeem met een soort van ‘zandloper’. De motorische cortex is hierbij de bovenkant van de zandloper. Dit gebied stuurt een stroom elektrische signalen naar het striatum. In het striatum stapelen die signalen zich op, net zoals zandkorrels aan de onderkant van een zandloper. Zodra de activiteit in het striatum een bepaalde grens bereikt wordt de beweging in gang gezet.
Op tijd likken
Om dit mechanisme te onderzoeken maakte het team gebruik van muizen. De dieren leerden dat ze een beloning kregen als ze een tuitje likten na een bepaalde tijd, bijvoorbeeld na een seconde. De muizen moesten dus leren om op het juiste moment te likken. Terwijl de muizen wachtten tot het tijd was maten de onderzoekers de activiteit van duizenden zenuwcellen in zowel de motorische cortex als het striatum. Zo konden ze volgen hoe de hersenactiviteit veranderde terwijl de tijd verstreek.
De onderzoekers wilden echter ook weten welke rol elk hersengebied precies speelt. Daarom gebruikten ze een techniek waarbij hersencellen gevoelig worden gemaakt voor licht. Met korte lichtflitsen kun je dan tijdelijk de activiteit in een specifiek gebied stoppen.
Toen de onderzoekers de motorische cortex heel even beschenen stopte de stroom signalen naar het striatum. De opbouw van activiteit in het striatum pauzeerde daardoor alsof iemand de nek van de zandloper dichtkneep. Het resultaat: de muizen likten later dan normaal. Het was alsof hun interne tijdklok even was gepauzeerd.
Toen de onderzoekers juist het striatum tijdelijk uitschakelden gebeurde er iets anders. De opgebouwde activiteit kreeg daar een reset en moest daarom opnieuw beginnen. De muizen likten dan nog later. Volgens het team laat dit zien dat de ene regio vooral het ‘lopen van de tijd’ aanstuurt, terwijl de andere regio bepaalt wanneer het tijd is om actie te ondernemen.
Ziekte van Parkinson
Volgens hoofdauteur Zidan Yang was het al langer duidelijk dat er zoiets als een verstelbare timer in de hersenen bestaat. Echter was het nog onbekend hoe die precies werkt. Hij zegt hierover: “We wisten dat er een instelbare timer in de hersenen zat, maar het was niet duidelijk hoe de hersenen die timer precies uitvoerden en welke rol elk hersengebied speelde. We wilden precies begrijpen hoe de hersenen tijd bijhouden, omdat dat zo belangrijk is voor ons dagelijks functioneren.”
Het team laat weten dat de ontdekking vooral interessant is voor de geneeskunde. De motorische cortex en het striatum zijn namelijk vaak de gebieden die beschadigd blijken bij mensen met bewegingsgerelateerde ziekten en stoornissen. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de ziekte van Parkinson en de ziekte van Huntington. Bij deze ziekten is de timing en de vloeiendheid van bewegingen vaak ernstig verstoord.
Hoofdonderzoeker Hidehiko Inagaki deelt zijn hoop voor de toekomst: “De motorische cortex en het striatum zijn twee sleutelgebieden die vaak beschadigd zijn bij motorische aandoeningen. We hopen dat het beter begrijpen van de activiteitspatronen in deze gebieden kan helpen om bewegingen weer te herstellen bij mensen met een bewegingsstoornis.”
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Diepe hersenstimulatie veilig bij ernstige tinnitus, eerste studie geeft hoop en Het schoonmaaksysteem van je hersenen is nóg belangrijker dan eerder gedacht. Of lees dit artikel: Ben je meertalig? Dan verouderen je hersenen waarschijnlijk minder snel.
Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week?
Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
