Japanse onderzoekers hebben muizen in een kunstmatige winterslaap gelegd en keken daarna wat er van hun hersenverbindingen overbleef. Dat was minder dan de helft. Toch wisten ze achteraf nog altijd wat ze geleerd hadden.
Synapsen zijn de contactpunten waar de ene hersencel een signaal doorgeeft aan de andere. Dat is hoe zenuwcellen met elkaar praten. Aan de verzendende kant zit het uiteinde van een lange uitloper van de zendende cel. Aan de ontvangende kant zitten kleine uitstulpingen (spines genaamd). Leert een dier iets, dan zwellen sommige van die uitstulpingen op. Dikkere uitstulpingen zorgen voor een sterkere en stabielere verbinding.
Onderzoekers denken daarom dat ze als het ware de fysieke drager van een herinnering zijn. “Het idee dat leren bepaalde synapsen versterkt, is een centraal en goed onderbouwd principe in de neurowetenschappen”, vertelt Kazumasa Tanaka, een van de auteurs van de studie, aan Scientias.nl.
Toch klopt dat beeld niet helemaal. “De hersenen zijn structureel niet stabiel”, legt Tanaka uit. “Spines verschijnen en verdwijnen voortdurend en de activiteitspatronen van afzonderlijke zenuwcellen verschuiven geleidelijk, terwijl een herinnering intact blijft. Dat roept een fundamentele vraag op: als de onderdelen van een netwerk blijven veranderen, wat blijft er dan wel stabiel genoeg om een herinnering te bewaren?”
Hersenen door elkaar schudden
Om die vraag te kunnen stellen, hadden de onderzoekers een manier nodig om de hersenen door elkaar te schudden zonder ze te beschadigen. Dat deden ze met een kunstmatige winterslaap. Tijdens zo’n toestand zakt de stofwisseling in, valt de hersenactiviteit grotendeels stil en worden synapsen op grote schaal afgebroken; nadien komt het dier gewoon weer bij.
“We gebruikten kunstmatige winterslaap als een gecontroleerde verstoring”, zegt Tanaka. “Als een herinnering die grootschalige verbouwing overleeft, kunnen de synaptische kenmerken die selectief bewaard blijven ons vertellen welke aspecten van de netwerkorganisatie belangrijk zijn voor het langetermijngeheugen.”
Wil je niets van Scientias missen? Voeg Scientias toe als voorkeursbron op Google dan zie je al onze verhalen!
Helft van de synapsen verdween
Tijdens de kunstmatige winterslaap verdween meer dan de helft van de synapsen in de hippocampus van de muizen. Dat is het hersengebied waar herinneringen worden aangemaakt. De zenuwcellen vuurden ook ongeveer 70 procent minder signalen af.
Welke synapsen sneuvelden, bleek niets met hun formaat te maken te hebben: dikke en dunne spines verdwenen even vaak. Toch herinnerden de dieren zich in de gedragstests achteraf nog altijd wat ze geleerd hadden, zo blijkt uit het onderzoek.
Kleine clusters
De onderzoekers gebruikten twee microscooptechnieken om te zien wat er overbleef. De betrokken verbindingen werden eerst ingekleurd met fluorescerende labels, zodat ze oplichten onder een lichtmicroscoop. Daarna werd met een elektronenmicroscoop ingezoomd op dezelfde plekken om meer detail zichtbaar te maken. Het is de eerste keer dat deze combinatie gebruikt is om geheugenverbindingen in beeld te brengen.
Met deze techniek zochten ze naar de synapsen die bij een specifieke herinnering horen. “Wij definiëren dat als een verbinding tussen zenuwcellen die actief waren tijdens het vormen van een bepaalde herinnering”, zegt Tanaka.
Van de verbindingen die de winterslaap doorstonden, lag een deel niet willekeurig verspreid. Ze zaten dicht bij elkaar op hetzelfde stukje van een uitloper van een zenuwcel, in kleine groepjes. Die groepjes hingen vaak vast aan hetzelfde verzendpunt aan de andere kant van de synaps. Het ging dan om één zendend uiteinde dat tegelijk contact maakte met meerdere ontvangende uitstulpingen, in plaats van met eentje.
“Die opstelling levert vermoedelijk een steviger lokale structuur op dan een geïsoleerde verbinding tussen één zender en één ontvanger”, zegt Tanaka. “Wat bewaard blijft, is dus niet zomaar een verzameling ongewoon grote synapsen, maar een bepaalde architectuur van verbindingen.”
Sterk is niet hetzelfde als belangrijk
Betekent dit dat de omvang van een synaps er niet toe doet? Nee, zegt Tanaka. Grotere uitstulpingen bevatten meer ontvangers voor signaalstoffen, vormen sterkere verbindingen en zijn stabieler in de tijd. Er is dus een goede reden om ze met geheugen te associëren.
“Onze resultaten draaien dat verband niet om”, zegt hij. “Ze maken een onderscheid tussen de sterkte van een synaps en de structurele informatie die nodig is om iets langdurig te bewaren. Een grote synaps kan sterk en stabiel zijn, maar aan de grootte alleen zie je niet of hij deel uitmaakt van het specifieke netwerk dat een bepaalde herinnering vertegenwoordigt.”
Muizen zijn geen mensen
Er zijn kanttekeningen. Het onderzoek gebeurde bij muizen en een kunstmatige winterslaap is een extreme ingreep die in een gewoon brein niet voorkomt. De studie laat bovendien zien welke verbindingen samen bewaard blijven; dat die opstelling de herinnering ook bevat, is een interpretatie. Of hetzelfde principe bij mensen geldt, is ten slotte niet onderzocht.
De conclusie van Tanaka en zijn team is niettemin geruststellend. “Een stabiele herinnering vereist misschien helemaal geen stabiel brein. Synapsen worden vervangen, activiteit verschuift, netwerken passen zich aan nieuwe ervaringen aan en toch houden we een samenhangend beeld van ons verleden. In die zin schuilt het geheugen misschien niet in afzonderlijke synapsen, maar in de architectuur die bepaalde synapsen samen vormen binnen een netwerk dat blijft veranderen.”
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
