Bronnen bij Neurologie beslissingen: signaaldoorgave

De manier waarop neuronen signalen aan elkaar doorgeven speelt een belangrijke rol in het denkproces (Dagblad De Pers, 16-07-2009, door Marcel Hulspas):
  Twitterend van denken naar doen

Neuroloog Chris de Zeeuw wil weten hoe zenuwcellen communiceren; zijn Amerikaanse collega John Donoghue wil ze afluisteren – en hun signalen inzetten voor nieuwe taken. ...

Vouwt u deze krant eens op, en leg hem even meer. Heel goed. Wat u zojuist zo probleemloos heeft gedaan, heeft alles bij elkaar enige honderden keren oefenen gevergd. Enige honderden keren hebben uw zintuigen, uw brein en uw spieren moeten zwoegen, voordat ze die hele reeks van handelingen zodanig beheersten dat u hem onder alle omstandigheden, met welke krant dan ook, kunt uitvoeren. U heeft het nu ‘in de vingers’, zegt men, omdat het lijkt alsof u er uw hoofd niet meer bij hoeft te gebruiken. Maar niets is minder waar. Die hele zorgvuldig geleerde reeks handelingen ligt wel degelijk opgeslagen in uw brein.
    Hoe gaat dat in zijn werk? Hoe ‘leren’ neuronen van elkaar? Het zijn vragen die centraal staan in het onderzoek van Chris de Zeeuw, hoogleraar neurowetenschappen aan de Erasmus Universiteit, en daarnaast sinds twee jaar projectdirecteur van het Nederland Instituut voor Neurowetenschappen in Amsterdam. De Zeeuw onderzoekt de ‘vuurpatronen’ van neuronen. Bij een simpele handeling als het opvouwen van een krant zijn miljarden motorneuronen betrokken, die onze spieren aansturen en ‘al doende’ met elkaar communiceren, elkaar beïnvloeden en corrigeren. En aan het eind van het liedje (dat wil meestal zeggen: tijdens de slaap) wordt de zo verkregen nieuwe kennis opgeslagen in het brein. Anders hebben we nog niks geleerd.
    Actieve neuronen ‘vuren’ reeksen van ultrakorte elektrische signalen, zogenoemde spikes. Deze ‘piekjes’ treden op in groepjes, afgewisseld met (al even ultrakorte) stiltes. Neurologen als De Zeeuw zijn in staat deze patronen te registreren en kunnen het ‘vuurgedrag’ van neuronen manipuleren. Lange tijd dachten onderzoekers dat de geheimzinnige communicatie tussen (groepen van) neuronen gebaseerd was op het produceren en ‘ontvangen’ van deze spikes, en dat het vooral ging om het aantal en de sterkte van de spikes. Recent onderzoek, waaronder dat van Chris de Zeeuw, heeft echter laten zien dat ook andere factoren een rol spelen. Zo werd ontdekt dat wanneer onderzoekers de neuronen op extra ruis trakteren, of het vuurgedrag van de neuronen dusdanig verstoren dat ze een regelmatig patroon van spikes gaan produceren, het leren danig in de war wordt geschopt.
    Er kunnen op dat moment zelfs gedragingen optreden die doen denken aan bepaalde neurologische problemen. Blijkbaar speelt het ritme waarmee neuronen vuren, en de stiltes die ze laten vallen, ook een belangrijke rol. Daarmee is de interne communicatie in het brein weer een stukje verder ontrafeld, en komen we dichter in de buurt van het antwoord op de cruciale vraag hoe ons brein onze spieren aanstuurt; hoe ons ‘denken’ en ‘doen’ samenhangen. ...

Twee maanden nog meer gedetailleerde informatie uit dezelfde bron (Dagblad De Pers, 17-09-2009, door Marcel Hulspas):
  Beter leren luisteren naar het brein

Hoe communiceren onze neuronen? Chris de Zeeuw luisterde ze af, en deed een opmerkelijke ontdekking.

Neurologen weten al heel veel over hoe we dingen aanleren. Welke hersengebieden en stoffen daarbij betrokken zijn. Ze weten ook dat de kennis die een mens (of een proefdier) overdag opdoet, voor een belangrijk deel ’s nachts wordt vastgelegd in het geheugen. Tijdens het slapen. De Rotterdamse hoogleraar Chris de Zeeuw wil weten hoe dat precies in zijn werk gaat – en ontdekte iets opmerkelijks: ‘Neuronen geven uiterst korte signaaltjes af. Spikes, noemen we die. En naarmate een neuron sterker gestimuleerd wordt, geeft hij meer spikes af. Dat is dé manier waarop neuronen met elkaar communiceren, dacht men tot voor kort. Maar wij hebben een tweede, veel subtieler signaal ontdekt.’
    Het geheim zit hem in een tot nu toe nog maar nauwelijks onderzocht type neuronen, de ‘inter-neuronen’, die ook deel uitmaken van het systeem. Het was al bekend dat die invloed uitoefenen op de overdracht van signalen, en men wist dat je ze kon lamleggen door een bepaald gen te blokkeren. Wij hebben nu ontdekt dat ze een belangrijke rol spelen.’
    De Zeeuw en zijn medewerkers kweekten een genetisch gemanipuleerde muis waarbij die inter-neuronen waren lamgelegd in een deel van het brein dat verantwoordelijk is voor een specifiek leerproces. Op het eerste gezicht leek dat de muizen niet te deren. Ze leerden overdag net zo snel als gewone muizen. Maar tijdens de slaap, wanneer het tijd werd het geleerde vast te leggen in het geheugen, ging het mis. De gemanipuleerde muizen moesten de volgende dag, zogezegd, weer van voren af aan beginnen. Die inter-neuronen, waarvan iedereen dacht dat ze er maar ‘bijhingen’, blijken van groot belang.
    De Zeeuw legt uit: ‘De neuronen ‘hogerop’ die het geheugen vormen, worden voortdurend gebombardeerd met signalen van neuronen ‘beneden’, die allemaal om aandacht vragen. Ergens daartussen hangen die inter-neuronen. Het uitschakelen daarvan heeft geen invloed op de sterkte van het signaal richting geheugen, maar het patroon is daarna wel regelmatiger. Dat komt doordat de inter-neuronen signalen afgeven aan het systeem, zodanig dat er, direct na een signaal, heel even geen signalen van andere neuronen worden doorgegeven. Er treedt, om het zo te zeggen, heel even stilte op, waardoor het eerste signaal, waar het om draait, ‘hogerop’ meer opvalt. Dat maakt het opslaan een stuk makkelijker.’
   Daarmee sloegen De Zeeuw en zijn team twee vliegen in één klap: ‘Tot nu toe wist niemand wat de functie was van die inter-neuronen. Dat weten we nu. En we hebben een compleet nieuw type signaaloverdracht ontdekt. De directe respons op een signaal (sterker signaal geeft meer spikes) is het belangrijkste, maar er komt iets heel anders bij kijken. Dat is natuurlijk zeer interessant. ...

Elektronici noemen de rol van de inter-neuronen een "ruisfilter", of hier misschien beter: "ruisonderdrukker".
    Hierbij lijkt informatie verloren te gaan, maar vermoedelijk is het zodat de signalen deel uitmaken van golven, zoals beschreven in het hoofdartikel, die sterkere en zwakkere gebieden hebben, en daar waar op de ene plaats het zwakke deel van de golf wordt weggefilterd, op de andere plaats dezelfde golf, waar hij sterk is, er juist weer voordeel van heeft omdat andere golven nu weggefilterd worden.


Naar Beslissingen, neurologisch , of site home ·.

16 jul.2009