Dankzij laserpulsen wisten onderzoekers een herinnering te reactiveren in muizen met geheugenverlies.

Rugby, of American football, is een ruige sport. Menig college student die eraan doet krijgt nogal wat klappen op het hoofd te verwerken, gemiddeld zo’n 21 per week. Hoewel elke klap relatief mild is te noemen – boksers worden vaak harder geraakt – brengen de tikken toch het risico van geheugenverlies met zich mee. Wetenschappers van onder meer Georgetown University Medical Center hebben daar nu mogelijk wat op gevonden. In muizen waren ze in staat een verloren geraakte herinnering te herstellen. Ze publiceerden erover in het vakblad Journal of Neuroscience.

Lees ook:

• Wat gebeurt er als je een hersenschudding krijgt?
• ‘Elektroshocktherapie werd een ware hype’
• ‘American football verandert het brein’

Instructies van geheugen-engrams

Als je op een nieuwe plek komt of je doet iets wat je nooit eerder hebt gedaan, maak je een nieuwe herinnering aan. Een setje hersencellen in de gyrus dentatus, onderdeel van de hippocampus, vormt dan een zogenoemd engram. Dat engram bevat de instructies voor verandering in structuur en functie van die hersencellen. Zodra je op dezelfde plek komt of je herhaalt wat je eerder al deed, reactiveer je dat engram. Die zorgt er vervolgens voor dat de nodige veranderingen in de hersencellen worden doorgevoerd en dat maakt dat je je iets herinnert.

De huidige onderzoekers, onder leiding van Mark Burns, ontdekten eerder al dat bij mensen die herhaalde klappen op hun hoofd hebben gehad de instructies van de engrams niet meer worden uitgevoerd. Dat komt door het remmende stofje glutamaat, die in hoge concentratie vrijkomt bij een beuk op het hoofd. Glutamaat bindt op een bepaalde ontvanger aan de buitenkant van hersencellen. Door een stof te injecteren die deze ontvanger blokkeerde, kon het onderzoeksteam in muizen voorkomen dat ze geheugenverlies kregen.

Angstherinnering

Dat was natuurlijk al mooi werk, maar patiënten die al geheugenverlies hadden help je er niet mee. En dus startten Burns en collega’s een nieuw onderzoek met muizen. De dieren werden eerst in de zogenoemde angstkamer gezet – een plek die ze nooit eerder betraden. Daar kregen ze drie minuten lang elke minuut een elektrische schrok aan de poten. Dat creëerden bij hen uiteraard een angstherinnering. Vervolgens werden ze in twee groepen verdeeld.

In de eerste groep werden de muizen – onder verdoving – in een apparaat geplaatst die vijf keer in 10 seconden hun kop tegen een zachte plaat beukte. Dit zou eenzelfde soort klappen geven als die college football players ondervinden. De muizen ondergingen dit een maal per dag, zes dagen achter elkaar. De muizen in de tweede groep kregen dezelfde behandeling, maar dan zonder hoofdbeuken. Zij vormden de controlegroep.

Laserpulsen in brein

De muizen van beiden groepen werden vervolgens weer in de angstkamer geplaatst. De controlemuizen vertoonden direct ‘verstijfd-van-angst’-gedrag. Blijkbaar konden ze zich de nare ervaring van eerder maar al te goed herinneren. De ‘impact-groep’ had daar geen last van; de muizen in deze groep betraden de kamer alsof ze er voor het eerst waren. Zij hadden duidelijk geheugenverlies.

Vervolgens gebruikten Burns en zijn team een techniek genaamd optogenetica bij de muizen met geheugenverlies. Bij optogenetica worden via een implantaat laserpulsen op het brein ‘afgeschoten’. In dit geval in de gyrus dentatus, de plek waar zich de angstherinnering bevond. De cellen in deze hersenregio waren lichtgevoelig gemaakt door een eerdere genetische manipulatie, het idee is dat de laserpulsen daardoor de geheugencellen activeren.

Van buitenaf

Na de behandeling betraden de muizen opnieuw de angstkamer; dit keer vertoonden ze wel een angstreactie. Het was gelukt: hun geheugenverlies was hersteld. Volgens het onderzoeksteam leidden de laserpulsen tot herstel van het aanpassingsvermogen van de engram-cellen, zodat het engram kon worden gereactiveerd.

Is het dan nu een idee om rugbyspelers met geheugenverlies van zo’n optogenetisch implantaat te voorzien? Dat zal nog niet lukken, denken de onderzoekers. Daarvoor is zo’n invasieve methode niet geschikt. Ze zijn daarom nu op zoek naar een methode die van buitenaf herinneringen kan terugbrengen.

Elektrische stimulatie

“Zeer mooi experimenteel onderzoek, waarbij prachtige technieken zijn gebruikt om de processen die betrokken zijn bij leren en geheugen te bestuderen”, geeft klinisch neurofysioloog Michel van Putten van de Universiteit Twente aan. “Daarnaast is het bijzonder dat het mogelijk bleek de gestoorde geheugenfunctie voor eerdere gebeurtenissen te herstellen door optogenetische stimulatie.”

Of stimulatie ook kan werken bij patiënten met geheugenstoornissen door een hoofdtrauma, weet hij niet. “Maar het onderzoek geeft wel positieve aanwijzingen in die richting. Optogenetisch zal niet mogelijk zijn, want wij hebben geen lichtgevoelige hersencellen. Maar andere vormen misschien wel. Zo is recent bij gezonde ouderen beschreven dat het mogelijk is de geheugenfunctie te verbeteren met elektrische stimulatie.”

Bronnen: Journal of Neuroscience, Georgetown University Medical Center via EurekAlert!

Beeld: Rama/Wikimedia Commons

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!