Terwijl de meeste organen in het menselijk lichaam in een constante cyclus van vernieuwing werken – waarbij elke paar dagen of maanden huid-, bloed- en darmcellen worden vervangen – werken de hersenen onder een veel strenger regime. Tientallen jaren lang hebben wetenschappers zich afgevraagd waarom zoogdieren, inclusief mensen, zo’n beperkt vermogen hebben om nieuwe neuronen te laten groeien (een proces dat neurogenese wordt genoemd) in vergelijking met andere dieren.
Een nieuwe studie gepubliceerd in Current Biology suggereert dat de reden misschien geen biologisch falen is, maar een evolutionaire waarborg. Door zangvogels te bestuderen hebben onderzoekers een potentiële ‘donkere kant’ van neurogenese blootgelegd: het fysieke proces van het creëren van nieuwe cellen zou bestaande cellen zelfs kunnen vernietigen.
Het Songbird-model: hoge omzet, hoge impact
Om te begrijpen hoe neurogenese werkt in de hersenen van volwassenen, wendden onderzoekers zich tot Zebravinken. In tegenstelling tot zoogdieren ondergaan deze kleine zangvogels hun hele leven wijdverbreide neurogenese.
Benjamin Scott, assistent-professor aan de Universiteit van Boston en hoofdauteur van de studie, merkt een grote evolutionaire kloof op:
“Vogels, reptielen, vissen: ze hebben allemaal gedurende hun hele leven een wijdverspreide neurogenese in hun voorhersenen. Het is echt bij zoogdieren waar we dit beperkt zien.”
Met behulp van elektronenmicroscopie observeerden Scott en zijn team hoe deze nieuwe neuronen door de hersenen navigeren. Hun bevindingen daagden lang gekoesterde veronderstellingen uit over hoe hersencellen bewegen:
- Geen steigers: Wetenschappers geloofden eerder dat nieuwe neuronen ‘gliale steigers’ volgden – reeds bestaande structurele gidsen – om hun bestemming te bereiken.
- Agressieve tunneling: In plaats van paden te volgen, lijken nieuwe neuronen rechtstreeks door gevestigd zenuwweefsel te tunnelen.
- Fysieke stijfheid: In tegenstelling tot de ‘zachte’, flexibele aard van volwassen neuronen, zijn deze nieuwe cellen stijver, waardoor ze meer ontwrichtend werken tijdens hun beweging.
Een afweging tussen groei en stabiliteit
Het kernprobleem dat door het onderzoek wordt geïdentificeerd, is er een van ruimtelijke verplaatsing. Omdat het brein van een volwassene een voltooide structuur is zonder ruimte voor uitbreiding, kunnen nieuwe cellen niet zomaar aan het systeem worden ‘toegevoegd’; ze moeten ruimte vrijmaken.
Terwijl deze nieuwe, stijve neuronen door de hersenen tunnelen, duwen ze de bestaande verbindingen waaruit de architectuur van de hersenen bestaat, tegen, vervormen ze en breken ze mogelijk. Dit leidt tot een aanzienlijk biologisch dilemma: het proces dat bedoeld is om de hersenen te verfrissen, kan deze feitelijk ontmantelen.
De geheugenverbinding
Deze ontdekking biedt een overtuigende verklaring waarom zoogdieren mogelijk zijn geëvolueerd om de neurogenese te beperken. Als nieuwe neuronen de hersenen voortdurend ‘hermodelleren’ door oude verbindingen te verbreken, kunnen ze onbedoeld de neurale circuits wissen die langetermijnherinneringen huisvesten. In deze visie is de beperkte neurogenese bij mensen geen beperking, maar een verdedigingsmechanisme dat is ontworpen om de integriteit van opgeslagen informatie te behouden.
Voorzichtigheid bij het vergelijken
Hoewel de bevindingen baanbrekend zijn, dringen neurowetenschappers aan op voorzichtigheid bij het rechtstreeks toepassen van deze resultaten op de menselijke biologie. Eliot Brenowitz, een neurobioloog aan de Universiteit van Washington die niet bij het onderzoek betrokken was, wijst erop dat de structurele organisatie van de voorhersenen van vogels en mensen aanzienlijk verschilt. Hoewel het ‘tunneling’-mechanisme vergelijkbaar kan zijn, kan de impact op complexe hersencircuits per soort verschillen.
Conclusie
De studie suggereert dat het beperkte vermogen om nieuwe hersencellen bij zoogdieren te laten groeien een evolutionaire afweging kan zijn, waarbij neurale vernieuwing wordt opgeofferd om de stabiliteit van bestaande herinneringen en hersencircuits te beschermen.
