Bronnen bij Neurologie: hippocampus

De ontdekking van de relatie tussen de hippocampus en het geheugen is net als bij zo veel van de oudere ontdekkingen weer het gevolg van een geval van uitval, in dit geval in een extreme mate (Wikipedia.org, opgeslagen 23-11-2009):
  Hippocampus

The hippocampus is a major component of the brains of humans and other mammals. It belongs to the limbic system and plays important roles in long-term memory and spatial navigation.
...
Although it had historical precursors, this idea derived its main impetus from a famous report by Scoville and Brenda Milner describing the results of surgical destruction of the hippocampus (in an attempt to relieve epileptic seizures), in a patient named Henry Gustav Molaison, known until his death in 2008 as H.M. The unexpected outcome of the surgery was severe anterograde and partial retrograde amnesia: H.M. was unable to form new episodic memories after his surgery and could not remember any events that occurred just before his surgery, but retained memories for things that happened years earlier, such as his childhood.   ...

Het geval is zo beroemd, dat zijn dood een nieuwsitem was (CNN.com, 04-12-2009, door Elizabeth Landau):
  Brain of world's best-known amnesiac mapped

Thousands of people are watching a video of a brain being dissected
The brain belonged to H.M., who had amnesia after surgery in 1953
Researchers have spent the last year preparing for the process of slicing this brain

Henry Molaison, known as H.M. in scientific literature, was perhaps the most famous patient in all of brain science in the 20th century.
    "My daddy's family came from the South and moved North, they came from Thibodaux Louisiana, and moved north," Molaison would say. "My mother's family came from the North and moved South." Within 15 minutes he might repeat this exact statement twice more, unable to remember that he'd already said it. Scientists studied him for most of his adult life.   ...
    Molaison, born in 1926, had been suffering epileptic seizures since childhood, and underwent an operation in 1953 remove the part of the brain doctors believed were causing the seizures. They took out much of the hippocampus, a horseshoe-shaped structure that plays a major part in long-term memory.
    The result was that, after the surgery, the patient could not form new memories that lasted more than 20 or 30 seconds, Corkin said. The operation did, however, succeed in reducing his seizures, and "he paid a high price for that benefit," she said.    ...
    "If you asked him how old he was, he always guessed younger, but he never said 27," which is how old he was at the time of the surgery, Corkin said.
    Even before the operation, Molaison enjoyed doing crossword puzzles and believed they helped his memory, Corkin said. He could retrieve any word he knew before the brain surgery but could not learn any words that came into his vocabulary afterward. He spent a lot of time at home doing these puzzles and watching television, she said.   ...

In het Wikipedia-artikel staat ook een suggestie omtrent waar dit geheugen oorspronkelijk voor bedoeld was:
  The third important theory of hippocampal function relates the hippocampus to space. The spatial theory was originally championed by O'Keefe and Nadel, who were influenced by E.C. Tolman's theories about "cognitive maps" in humans and animals. O'Keefe and his student Dostrovsky in 1971 discovered neurons in the rat hippocampus that appeared to them to show activity related to the rat's location within its environment. Despite skepticism from other investigators, O'Keefe and his co-workers, especially Lynn Nadel, continued to investigate this question, in a line of work that eventually led to their very influential 1978 book The Hippocampus as a Cognitive Map. As with the memory theory, there is now almost universal agreement that spatial coding plays an important role in hippocampal function, but the details are widely debated.

Deze toewijzing is sterk voor de hand liggend, als je uitgaat van de evolutionaire visie zoals op deze website is gedaan: de emotionele hersenen zijn voor het beter kunnen aanpassen van gedrag, dat wil zeggen: evalueren - en evalueren wil eerst zeggen: vastleggen. En "gedrag" is hier in eerste instantie, dat wil zeggen het meest primitieve niveau: "bewegen in de ruimtelijke omgeving".

Nieuwere onderzoeken bewijzen deze functie (DePers.nl, 20-08-2009):
  Diepe slaap zorgt voor herinnering

Het geheim van het geheugen ligt in de hippocampus, zo bewees biologe Carien Lansink.

Prettige ervaringen dienen opgeslagen te worden. En liefst zo goed mogelijk. En dan niet alleen wat er gebeurde, maar ook wáár dat genoegen zich voordeed. ... Carien Lansink, promovendus aan de Universiteit van Amsterdam, heeft dat experimenteel aangetoond.
    Lansink en vier andere medewerkers van het Swammerdam Institute for Life Sciences voorzagen vier ratten van elektroden waarmee ze de elektrische activiteit van groepen neuronen konden meten in de hippocampus en in het ventrale striatum, een stukje brein dat informatie vastlegt over prettige ervaringen en beloningen. De ratten leerden eerst een parcours ‘uit het hoofd’ waarbij ze, aan het eind, lekkere hapjes konden vinden. Wanneer ze vervolgens gingen slapen, werd de hippocampus actief.
    Dat gebeurde niet tijdens de droomfasen, zoals wellicht te verwachten was, maar juist tijdens de diepe slaap. Dan leken de elektrische patronen die Lansink registreerde, sterk op de patronen overdag, wanneer de ratten het parcours moesten leren. De ‘herhaling’ tijdens diepe slaap verliep echter tien keer zo snel als overdag. Tijdens de diepe slaap, zo constateerde Lansink, wordt ruimtelijke informatie in zeer korte tijd aan beloningsinformatie gekoppeld, veel sneller dan tijdens de werkelijke ervaring.   ...

Dat dit vastleggen van ruimtelijk gedrag en beloning niet tijdens dromen maar tijdens diepe slaap gebeurt, wijst erop dat diepe slaap een fundamenteler proces is binnen de onbewuste verwerking van ervaringen - dit is het feitelijke proces van de evaluatie. Het feit dat hiervoor het proces van slaap vereist is, wijst erop dat hiervoor dezelfde processen worden gebruikt als tijdens het "bewuste" gedrag. Dat betekent dat je slaap kan zien als een uitvloeisel van een evolutionaire overweging: of ontwikkeling een tweede reeks organen die het evaluatieproces uitvoert terwijl het andere het heden afhandelt (de parallelle benadering), of doe uitvoering en evaluatie na elkaar met dezelfde organen (de seriële benadering). Het bestaan van een dag-nacht-rythme op aarde is waarschijnlijk de factor die de seriële benadering, die met slaap dus minder waakzaamheid, het voordeel heeft gegeven boven de parallelle, die meer ... vergt.
    Er is nog een aanwijzing voor dit scenario:
  Haar onderzoek toont ook voor het eerst aan dat de hippocampus bij dit proces als eerste actief wordt. Die begint zijn ruimtelijke ‘herinnering’ te reactiveren en stimuleert andere gebieden. En eenmaal vaak genoeg herhaald zal de rat de volgende ochtend zijn weg naar het lekkere hapje feilloos kunnen vinden.

Volstrekt logisch binnen de alhier geschetste evolutionaire ontwikkeling van de emotionele hersenen.
    In de hippocampus en omliggende organen spelen dus twee soorten processen: die tijdens het waken, de reële gebeurtenissen, en die tijdens het evalueren, het dromen, de "virtuele" gebeurtenissen. Het verschil zit voornamelijk in de input: in het eerste geval die van de waarnemingsorganen, in het tweede geval iets interns, vermoedelijk in de vorm van een kringproces. Maar die verdere hersenprocessen die de output van de hippocampus en aanverwante verwerken, zullen dat eerste verschil niet merken - die zien alleen wat eruit komt en niet (in ieder geval niet noodzakelijkerwijs) wat erin is gegaan. Voor "hen" is een droomervaring even reëel als een waakervaring. Er zijn dus additionele processen nodig om dit verschil wel te maken. Met als eerste noodzaak dat er in geval van droomgebeurtenissen, er door het lichaam niet op gereageerd wordt. Dat is dus de meest zichtbare functie van die nevenprocessen van het serieel herevalueren of slapen en dromen: het onbeweeglijke lichaam. Dat wil zeggen: bij mensen als regel en vele dieren. Zeezoogdieren kunnen niet gaan stilliggen - dat heeft de natuur opgelost door afwisselend de ene en de andere hersenhelft te laten slapen. Het uitschakelen van het lichaam wordt centraal geregeld, en dat moet dan natuurlijk op een plaats waar de motorische impulsen allemaal langskomen - dat is tussen logischerwijs ruggemerg en emotionele hersenen, en het gebeurt daadwerkelijk in de pons. Storingen in dit proces leiden tot slaapwandelen.

Ook in andere elementen van het proces ter regulering van virtuele ervaringen kunnen, net als in alle andere onderdelen van lichaam en geest, allerlei storingen optreden. Dat zou moeten leiden tot heel bijzondere "ervaringen"- dat wil zeggen: mensen krijgen dingen in hun bewuste geest uit de reeks virtuele gebeurtenissen die nu niet echt overeenkomen hoeven te komen met de reële werkelijkheid. En dat doet het ook (DePers.nl, 10-09-2009, door Marcel Hulspas):
  Schizofrenie zichtbaar gemaakt

...   Schizofrenie is waarschijnlijk de meest verwoestende psychiatrische ziekte die er bestaat. ... Een team neurologen van de Columbia Universiteit heeft een onderdeeltje in het brein ontdekt dat schizofrenie verraadt.
    De onderzoekers scanden de hersenen van 18 patiënten en 18 gezonde mensen, en ontdekten zo drie gebiedjes in het brein, twee in de frontale cortex en een in het leer- en geheugencentrum, de hippocampus, die bij schizofrenen extra actief zijn.
    Ze merkten daarbij op dat hyperactiviteit in dat laatste gebiedje correleerde met de zwaarte van de psychotische aanvallen. Daarna bekeken ze de hersenen van 18 mensen die last hebben van ‘prodromale symptomen’: verschijnselen als stemmen horen en aanvallen van extreme achterdocht, die in veel gevallen voorlopers zijn van schizofrenie. Deze patiënten werden twee jaar gevolgd; zeven van hen ontwikkelden full blown schizofrenie.
    Bij het vergelijken van de scans bleek dat hyperactiviteit in dat kleine gebiedje in de hippocampus de beste voorspeller was van het ontstaan van schizofrenie. Door die activiteit te meten bij mensen met prodromale symptomen kan in zeven van de tien gevallen correct voorspeld worden dat er schizofrenie zal optreden. ...

Schizofrenie is zo verwoestend door de totaal absurde gewaarwordingen van de lijders eraan, die voor hen niet van echt zijn te onderscheiden.

De hippocampus behoort tot de zaken die we gemeen hebben met alle zoogdieren (de Volkskrant, 03-07-2010, door Maarten Evenblij):
  Wie als kind wordt mishandeld, wordt in zijn genen geraakt

Opvoeding kan een blijvende verandering teweegbrengen in de genen. Een Leidse onderzoeksgroep heeft ontdekt hoe dat werkt in het brein: kindermishandeling kan de verwerking van trauma of verlies beïnvloeden.

Nature of nurture? Ooit was het onderwerp van een fel debat. Inmiddels is het een achterhoedegevecht. De vraag was en is of gedrag ontstaat door de samenstelling van iemands genen of door diens opvoeding. Het niet onverwachte antwoord is: door allebei. Genen zijn wezenlijk, en de omgeving verandert hun werking. Hoe dat precies gebeurt, zal waarschijnlijk de komende decennia duidelijk worden. Een van de schakels tussen genen en omgeving is de methylering van dna.
     Hoogleraar pedagogische wetenschappen Rien van IJzendoorn van de Universiteit Leiden onderzoekt hoe kinderen aan hun opvoeder ‘gehecht’ raken en hoe eventueel daaruit voortkomende trauma’s worden verwerkt en hun gedrag beïnvloeden, ook op langere termijn. Bijvoorbeeld verwaarlozing en mishandeling in de jeugd.
    Komende week verschijnt er een publicatie van zijn onderzoeksgroep samen met Amerikaanse collega’s in het tijdschrift Biological Psychiatry over het verband tussen onverwerkt verlies en trauma en zogeheten epigenetische veranderingen in een gen dat is betrokken bij depressie.
    Epigenetische veranderingen zijn veranderingen die op structurele wijze het dna wijzigen, maar geen invloed hebben op de basenvolgorde van het dna. ... Gemethyleerd dna kan moeilijk of niet worden afgelezen. Daardoor bevatten sterk gemethyleerde gebieden van het dna genen waarvan de activiteit is veranderd.   ...
    Van IJzendoorn: ‘De omgeving veroorzaakt dus robuuste moleculaire veranderingen van het dna in de hersenen. Die hebben invloed op de expressie van genen en de productie van eiwitten. Hier laat de methylering van het glucocorticoïd-receptor-gen zien hoe een tekort schietende opvoeding wordt verankerd in de biologie en zo effect heeft op de lange termijn.’
    De bevindingen bij ratten zijn getoetst in een studie bij 36 overleden jonge mensen. 24 van hen hadden zelfmoord gepleegd. De helft van hen had een geschiedenis van kindermishandeling. De andere helft niet. Twaalf waren er omgekomen bij een verkeersongeval.
    Bij de zelfmoordenaars met een geschiedenis van kindermishandeling werd in de hippocampus, een hersengebied dat is betrokken bij geheugen en emotie, een beduidend sterkere methylering gevonden dan in de hippocampus van de twee andere groepen overledenen.   ...

Wat laat zien dat de hippocampus de plaats is waar ook dit soort zaken wordt vastgelegd.

Weer een sterk bewijs voor de speciale positie die de hippocampus inneemt (de Volkskrant, 21-10-2015, van verslaggeefster Ianthe Sahadat):
  Epileptische toeval na invullen sudoku

In Japan veroorzaakte een aflevering van de tekenfilm Pokémon in 1997 een hoop ophef. Een spectaculaire raketexplosie met secondenlange rode en blauwe flitsen op het scherm zorgde bij tientallen kinderen voor een epileptische aanval.
    Deze vorm van epilepsie wordt reflexepilepsie genoemd. Bij patiënten die eraan lijden wordt de aanval uitgelokt door een geluid, visuele prikkel, specifieke handeling of hersenactiviteit zoals lezen of rekenen. Ook warm douchen of baden kan een aanval veroorzaken. Volgens oud-hoogleraar epileptologie van het Radboud Universitair Medisch Centrum in Nijmegen, Willy Omer Renier, is reflexepilepsie een zeldzaam, merkwaardig fenomeen, waar ook wetenschappers maar weinig van weten.    ...

Bij gebrek aan kennis van de algemene principes achter de werking van de hersenen. Het eerste deel van de verklaring volgt ook al uit dit:
  De lichtflitsen die in bepaalde tv-programma's en videogames voorkwamen veroorzaakten in de jaren negentig tamelijk wat ophef en paniek, zegt Renier. 'Maar dat horen we zelden nog. We ontdekten om welke frequenties het ging en die spellen zijn aangepast, ook zijn de apparaten verbeterd.'

Dit zijn externe prikkels met ongeveer dezelfde frequentie als de frequentie van de sequentiële verwerking binnen het waarnemingsproces - de "scène voor scène" aanpak. Dat uit de hand kan gaan lopen door het verschijnsel van resonantie met een sequentieel proces in de buitenwereld.
    Het tweede deel van de verklaring is dat de frequentie ingesteld staat op een evenwichtswaarde, die veranderd wordt aan de hand van externe en interne invloeden -  de externe: hoe "spannender" de situatie in de buitenwereld, hoe hoger de frequentie gemaakt wordt.
    En dit regelproces staat ook onder invloed van meerdere meer algemene factoren, waaronder dus de genoemde: warm douchen of baden en dergelijke. Die verhogen of verlagen ook de verwerkingsfrueqentie waardoor er de mogelijk bestaat dat het systeem uit evenwicht raakt - zoals bij mensen met hartritmestoornissen gebeurt met het hart-ritme proces, dat geregeld wordt in een sequentieel proces van de neuronen die de hartspier aansturen. 
     De huidige ontdekking voegt daar iets aan toe:
  Dat niet alleen lichtflitsen een aanval kunnen uitlokken, beschrijven Duitse neurologen deze week in het vakblad JAMA Neurology aan de hand van een opmerkelijke casus. Een 25-jarige man krijgt namelijk aanvallen van het maken van sudoku's. De man heeft wel een bijzondere voorgeschiedenis. Tijdens een skitrip is hij bedolven geweest onder een lawine, waar hij kortstondig zuurstofgebrek heeft ervaren. Naderhand heeft hij last van onwillekeurige spierspasmes tijdens het lopen of praten.
    Zijn eerste epileptische aanval krijgt hij echter weken na het ongeval: tijdens het oplossen van een sudoku. Zijn artsen laten hem van alles uitproberen. Maar van lezen, rekenen of andere puzzels heeft de man geen last. Alleen tijdens het maken van de Japanse cijferpuzzels krijgt hij aanvallen. De man besluit zijn hobby te vermijden. Inmiddels heeft hij in geen vijf jaar een sudoku aangeraakt en is hij sindsdien aanvalvrij.

Het oplossen van een sudoku is het oplossen van een ruimteprobleem. Het ruimteaspect wordt toegevoegd aan de waarnemingservaring niet in de hippocampus zelf, maar in de direct eraan verbonden structuren: de dentate gyrus en het subiculum, en de aangrenzende entorhinal cortex. Ook die structuren zijn natuurlijk verbonden met vormen van terugkoppeling, zodat ze elkaar beïnvloeden. Welke invloed hier blijkt, voor iemand die er door een ongeval schade aan heeft ondervonden (zuurstofgebrek tast met name de hippocampus en omgeving aan), en daardoor kennelijk een extra gevoeligheid heeft ontwikkeld. Door zijn specificiteit wel een uitzonderlijk geval:
  Renier, die ondanks zijn emeritaat nog dagelijks studies leest over epilepsie, vindt het een interessante casus. De oud-hoogleraar zag in zijn leven duizenden patiënten met epilepsie, maar slechts een stuk of tien met reflexepilepsie. 'Het is een uitzonderlijke variant van epilepsie die bovendien bij elke patiënt een eigen vorm aanneemt.'
    Hoofdrekenen, bepaalde patronen, schaken, het spelen met een Rubiks kubus, het nemen van een warme douche, het hebben van seks, het horen van een specifieke melodie, het eten van warm eten of het lezen van een krant - het zijn allemaal voorbeelden die Renier kent. De casus met de sudoko's bevreemdt hem dan ook niet. Hoewel de jongen wel een uitzondering op de regel vormt, vanwege zijn ongeluk. ...
    Tegen zijn studenten zei Renier altijd dat alleen een dood brein niet stuipt. 'Het is nu eenmaal een eigenschap van ons brein om te stuipen. Alleen zorgt dat bij mensen met een epileptische gevoeligheid soms voor kortsluiting. Dat moet je niet op een specifieke locatie in de hersenen willen zoeken, van die gedachte zijn we afgestapt. Het zijn bepaalde netwerken, waar een overprikkeling ontstaat. De elektrische activiteit loopt als het ware uit de hand. Teveel neuronen zenden ongecoördineerd signalen uit en er ontstaat een epileptische reactie. Maar om welke netwerken het gaat, en hoe die precies in werking worden gezet - we weten het nog onvoldoende.'

Waaraan het geval van de sudoku, met zijn ruimtelijke aspecten, nogmaals een bevestiging toevoegt dat dit allemaal mede draait om het hippocampuscomplex.


Naar Neurologie, organisatie , Neurologie, overzicht, globaal , of site home .

15 jul.2010