Onderzoekers hebben een verrassend verschil tussen de neuronen van mensen en andere zoogdieren ontdekt, waardoor ons brein mogelijk efficiënter werkt dan dat van hen.

De cellen in het zenuwstelsel vormen de bouwstenen van de hersenen. Deze cellen worden ook wel neuronen genoemd en ze communiceren via elektrische pulsen met elkaar. Deze worden geproduceerd door zogenoemde ‘ionkanalen’: eiwitten die zorgen voor het transport van ionen door een celmembraan en bijvoorbeeld de stroom van ionen zoals kalium en natrium regelen. In een nieuwe studie hebben onderzoekers nu iets interessants ontdekt. Want menselijke neuronen blijken veel minder van dergelijke ionkanalen te hebben dan verwacht.

Meer over neuronen
Zoals gezegd zijn neuronen de fundamentele cellen van het zenuwstelsel. Neuronen zijn eigenlijk de informatie- en signaalverwerkers van het lichaam en zorgen voor het ontvangen en verzenden van zenuwprikkels. Samen vormen ze lange vezels. Ze bestaan uit een cellichaam waarin de kern zich bevindt en één of meerdere neurieten en dendrieten. Een specifiek kenmerk van zenuwcellen is dat ze prikkelbaar zijn; ze kunnen signalen ontvangen en doorgeven zonder verlies van signaalsterkte. In de hersenen bevinden zich circuits van zenuwcellen die een groot aantal lichaamsfuncties regelen en ook verantwoordelijk zijn voor ons denkvermogen. Een mens heeft naar schatting zo’n 100 miljard neuronen.

De onderzoekers analyseerden in hun studie de neuronen van tien verschillende zoogdieren: wimperspitsmuizen (leuk weetje: dit is één van de kleinst bekende zoogdieren), gerbils, muizen, ratten, cavia’s, fretten, konijnen, zijdeaapjes en makaken. Ook onderzochten ze menselijk weefsel, verwijderd van patiënten met epilepsie tijdens een hersenoperatie.

Dichtheid
Uit de analyse blijkt dat naarmate de grootte van neuronen toeneemt, de dichtheid van de kanalen in de neuronen ook toeneemt. Menselijke neuronen blijken echter een opvallende uitzondering op de regel. Hier troffen de onderzoekers juist veel minder ionkanalen aan dan ze hadden verwacht. “Eerdere studies hadden aangetoond dat het menselijk brein op dezelfde manier opgebouwd is als de hersenen van andere zoogdieren,” zegt onderzoeker Lou Beaulieu-Laroche. “We waren daarom erg verrast om sterkte aanwijzingen te vinden dat menselijke neuronen speciaal zijn.”

Zoogdieren
Een voorbeeldje. In de kleine hersenen van de wimperspitsmuis – die vol zit met minuscule neuronen – herbergt een bepaald weefselvolume veel meer neuronen dan hetzelfde weefselvolume van het konijnenbrein, dat veel grotere neuronen heeft. Konijnenneuronen hebben echter een hogere dichtheid van ionkanalen. En dus, onderaan de streep, is de totale dichtheid van ionkanalen in een gegeven volume weefsel in beide soorten precies hetzelfde. “Dit bouwplan is consistent voor negen verschillende zoogdiersoorten,” legt onderzoeker Mark Harnett uit. “Het lijkt erop dat de cortex het aantal ionkanalen per volume-eenheid hetzelfde houdt. Dit betekent dat voor een gegeven cortexvolume de energetische kosten hetzelfde zijn – althans wat betreft ionkanalen.”

Neurowetenschappers analyseerden de neuronen van verschillende zoogdiersoorten, waaronder (van links naar rechts) fret, cavia, konijn, zijdeaapje, makaak en mens. Afbeelding: Beaulieu-Laroche et. al.

Het menselijk brein vormt echter een opvallende afwijking van dit bouwplan. In plaats van een verhoogde dichtheid van ionkanalen, vonden de onderzoekers een dramatische afname van de verwachte dichtheid van ionkanalen voor een bepaald volume hersenweefsel.

Energie besparend
Waarom menselijke neuronen minder ionkanalen hebben? “Als de hersenen energie kunnen besparen door de dichtheid van ionkanalen te verminderen, kunnen ze die energie besteden aan andere neuronale processen,” stelt Harnett. Anders gezegd, dankzij deze lagere dichtheid hoeft er minder energie besteed te worden aan het pompen van ionen, waardoor de hersenen die energie voor iets anders kunnen gebruiken, zoals het creëren van meer gecompliceerde synaptische verbindingen tussen neuronen. Het betekent dat ons brein door deze aanpassing mogelijk efficiënter werkt dan dat van andere zoogdieren, waardoor wij in staat zijn om meer complexe, cognitieve taken uit te voeren.

De onderzoekers hopen in vervolgstudies te achterhalen waar die extra energie precies naartoe zou kunnen gaan. Ook willen ze op zoek naar specifieke genmutaties die neuronen van de menselijke cortex helpen om een hogere efficiëntie te bereiken. Ten slotte zouden ze ook graag andere primaten die nauwer verwant zijn aan mensen, onderzoeken. Want de vraag is of er ook een vergelijkbare afname in de dichtheid van de ionkanalen in hun brein te vinden is.