We hebben het niet over vleesetende, monsterlijke zenuwcellen. Neurowetenschappers troffen hersencellen aan, waarvan de communicatieve functie verloren ging tijdens breinexperimenten in muizen.

Tijdens onderzoek naar de communicatie van zenuwcellen in de kleine hersenen van muizen, troffen wetenschappers per toeval zombie-achtige zenuwcellen aan. Deze cellen zijn nog levend, maar hebben een belangrijke functie verloren. Neurowetenschappers van het Portugese onderzoeksinstituut Champalimaud schrijven erover in vakblad Nature Neuroscience.

Lees ook:

• Menselijk minibrein in rattenhersenen reageert op lichtflitsen
• Meest gedetailleerde hersencelatlas levert schat aan informatie op

Leersignalen voor de hersenen

Het cerebellum (kleine hersenen) is essentieel bij het coördineren van ons lichaam tijdens alledaagse bezigheden. Door de dag heen pikken cellen van het cerebellum onder andere visuele signalen op, waarna ze seintjes aan andere hersencellen doorgeven om een passende lichamelijk beweging in gang te zetten.

Tijdens en na zo’n bewegingsreactie onthouden de hersencellen wat er goed en minder goed ging. Wanneer we een foutje maken, wordt informatie hierover terug naar de hersenen gestuurd. De volgende keer zorgen de hersenen voor een betere bewegingsreactie. Zo kun je moeiteloos een volle kop koffie vastpakken, deze zonder te morsen aan je mond zetten, en na elke slok de kracht van je arm aanpassen op basis van de hoeveelheid koffie die nog in de mok zit.

Deze leerprocessen zijn ongelooflijk belangrijk. Ze gebeuren in een mum van tijd, zonder dat we er bewust over nadenken. Wetenschappers zijn er nog altijd niet over uit hoe de kleine hersenen deze foutjes of ‘leersignalen’ voorgeschoteld krijgen.

Klimvezels

Neurowetenschappers van het Portugese onderzoeksinstituut Champalimaud Foundation onderzochten hoe het leerproces in de hersenen werkt, en gebruikten hier verschillende testgroepen met muizen voor.

De eerste groep muizen leerde een voorspellende reactie te geven – een pavlovreactie. De onderzoekers bliezen een beetje wind in de ogen van de muizen, als reactie sloten zij hun ogen. Maar voordat de wind kwam, kregen de muizen een lichtje te zien. Na een tijdje hadden ze door dat het lichtje de wind aankondigde en sloten hun ogen al voordat het briesje kwam. Zelfs als alleen de lamp aanging, en er geen wind kwam, sloten de knaagdieren hun ogen.

Wetenschappers vermoedden dat zogenoemde klimvezels – een soort zenuwkabeltjes – het signaal van een briesje in de ogen doorgeven aan de kleine hersenen. De hersenen onthouden dit, waardoor de muizen kunnen leren te knipperen.

Klimvezels zijn dus nodig om gedrag aan te leren. Maar hoe cruciaal zijn deze vezels in het leerproces? Dat wilden de onderzoekers met optogenetica bestuderen: een techniek waarmee activiteit van zenuwcellen in de hersenen wordt beïnvloed door middel van een blauw-lichtlaser.

Optogenetica

De optogenetische methode werd toegepast bij een tweede testgroep. Deze muizen kregen het eiwit channelrhodopsin-2 (ChR2) rondom de klimvezels in de hersenen gebouwd. ChR2 werkt als een soort schakelaar waarmee de klimvezels met een laser aan- en uitgeschakeld konden worden. Deze muizen kregen geen briesje wind meer in de ogen; het ChR2-eiwit zou nu de klimvezels doen activeren, waardoor de muizen ‘denken’ dat er wind in hun ogen blaast. En inderdaad kreeg deze groep muizen de pavlovreactie op deze manier onder de knie.

Een derde testgroep diende als controle. Deze muizen kregen ChR2 ingebouwd, maar die werd niet geactiveerd. Vervolgens werden ze net als groep 1 (zonder gemanipuleerde hersencellen) getraind met het lampje en de wind. Naar verwachting zouden deze muizen de knipperreactie aanleren, toch lukte het de muizen niet. De aanwezigheid van het ingebouwde ChR2-eiwit leek de signaalkabels in de hersenen te verstoren, ondanks dat het inactief was.

Een onverwachts resultaat, maar het bevestigt wel dat klimvezels een cruciale rol spelen in het verwerken van visuele signalen in de hersenen.

Zombie-achtig effect

De toevoeging van het ChR2-eiwit aan de levende, normaal functionerende klimvezels, zorgt dus voor een deuk in het leerproces. En dat is bijzonder, omdat de eiwitten niet eens ingeschakeld zijn. Hoofdonderzoeker en neurowetenschapper Tatjana Silva noemt het een zombie-achtig effect.

De optogenetische resultaten bij muizenhersenen geven een interessant inzicht over het leerproces van het cerebellum. Bovendien kan het zombie-effect helpen om de functie van klimvezels beter te bestuderen. Maar waarom het eiwit de normale werking van de kimvezels verstoort, is nog niet bekend.

In toekomstig onderzoek wil Silva de precieze werking van de zombie-achtige zenuwcellen bestuderen. We weten in ieder geval dat zo’n effect niet zomaar in menselijke hersenen zal plaatsvinden; het genetisch manipuleren van mensen is immers verboden.

Bronnen: Nature Neuroscience, Champalimaud Foundation, ScienceAlert, voor dit artikel sprak Babette met neurowetenschapper Chris Klink van de Universiteit Utrecht.

Openingsbeeld: SCIEPRO/Getty Images

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