Het geweldige brein
Het brein beeldhouwt niet alleen wie we zijn, maar ook de wereld die we ervaren. Het vertelt ons wat we moeten zien, wat we kunnen horen en wat we moeten zeggen. Het wordt uitgebreid met een nieuwe taal of vaardigheid die we leren. Het vertelt verhalen als we slapen. Het zendt alarmsignalen uit en het spoort het lichaam aan om te rennen of te vechten wanneer het gevaar voelt. De hersenen passen zich aan de omgeving aan, dus we zijn niet geïrriteerd door een constante geur in een oud huis of het constante gezoem van de airconditioning. Onze hersenen kijken naar de zon en vertellen ons lichaam hoe laat het is. De hersenen slaan herinneringen op, zowel pijnlijk als aangenaam.
Maar hoe essentieel het brein ook is voor ons bestaan, het is nog steeds net zo mysterieus voor ons als een planeet uit een verre melkweg. Zelfs in 2018 ontdekken neurowetenschappers nog steeds fundamentele feiten over deze ongeveer 3-lb. (1,4 kg) massa weefsel. Soms krijgen onderzoekers een glimp van een menselijk brein of zien ze wat er met een persoon gebeurt als een groot deel van de hersenen ontbreekt. Andere keren moeten wetenschappers muizen bestuderen om meer te weten te komen over de hersenen van zoogdieren en vervolgens wat giswerk te doen over hoe die bevindingen zich verhouden tot onze eigen hersenen.
Hier zijn enkele fascinerende dingen die we in 2018 over de hersenen hebben geleerd.
Een nieuw soort neuron
Het is niet elke dag dat wetenschappers een volledig nieuw type cel in het menselijk brein ontdekken, vooral niet in de favoriete niet-menselijke proefpersonen van neurowetenschappers, muizen. Het 'rozenbottelneuron', zo genoemd vanwege zijn bossige uiterlijk, was tot dit jaar aan wetenschappers ontsnapt, deels omdat het zo zeldzaam is.
Deze ongrijpbare hersencel maakt slechts ongeveer 10 procent uit van de eerste laag van de neocortex, een van de nieuwste delen van de hersenen in termen van evolutie (wat betekent dat de verre verre voorouders van moderne mensen deze structuur niet hadden). De neocortex speelt een rol bij het zien en horen. Onderzoekers weten nog niet wat het rozenbottelneuron doet, maar ze ontdekten dat het verbinding maakt met andere neuronen die piramidale cellen worden genoemd, een soort excitatoir neuron, en remt erop.
U.D., de neurowetenschappelijke patiënt
Een jongen, in de medische literatuur bekend als "U.D." vier jaar geleden werd een derde van de rechter hersenhelft verwijderd om zijn slopende aanvallen te verminderen. Het deel van de hersenen dat werd verwijderd, omvatte de rechterkant van zijn achterhoofdskwab (het gezichtsverwerkingscentrum van de hersenen) en het grootste deel van zijn rechter temporale kwab, het geluidverwerkingscentrum van de hersenen. Nu 11 jaar, U.D. kan de linkerkant van zijn wereld niet zien, maar hij functioneert net zo goed als anderen van zijn leeftijd in cognitie en zichtverwerking, zelfs zonder dat belangrijke deel van de hersenen.
Dat komt omdat beide kanten van de hersenen de meeste aspecten van het gezichtsvermogen verwerken. Maar rechts is dominant in het detecteren van gezichten, terwijl links dominant is in het verwerken van woorden, volgens een case study geschreven over U.D.
Die studie toont de plasticiteit van de hersenen aan; in de afwezigheid van U.D's rechter oogverwerkingscentrum, stapte het linker midden in om te compenseren. Onderzoekers ontdekten inderdaad dat de linkerkant van de hersenen van U.D. gezichten net zo goed detecteerde als de rechterkant zou hebben.
De hersenen kunnen bacteriën bevatten
Onze hersenen zitten misschien vol met bacteriën. Maar maak je geen zorgen - het lijkt er niet op dat ze schade aanrichten.
Eerder dachten wetenschappers dat de hersenen een bacterievrije omgeving waren en dat de aanwezigheid van microben een teken van ziekte was. Maar voorlopige bevindingen van een studie die dit jaar op de grote jaarlijkse wetenschappelijke bijeenkomst van de Society for Neuroscience werd gepresenteerd, toonden aan dat onze hersenen eigenlijk onschadelijke bacteriën konden bevatten.
De onderzoekers in die studie hadden 34 postmortale hersenen onderzocht, op zoek naar verschillen tussen mensen met schizofrenie en mensen zonder de aandoening. De onderzoekers bleven echter in hun afbeeldingen op staafvormige objecten voorkomen en deze vormen bleken bacteriën te zijn.
De micro-organismen leken meer op sommige plekken in de hersenen te wonen dan op andere; die gebieden omvatten de hippocampus, de prefrontale cortex en de substantia nigra. De microben werden ook gevonden in hersencellen die astrocyten worden genoemd en die zich in de buurt van de bloed-hersenbarrière bevonden, de 'grensmuur' die de hersenen bewaakt.
De bevindingen zijn nog niet gepubliceerd in een peer-reviewed tijdschrift en er is meer onderzoek nodig om de bevindingen te bevestigen, aldus de wetenschappers.
De hersenen zijn magnetisch
Onze hersenen zijn magnetisch. Of, hersenen bevatten tenminste deeltjes die kunnen worden gemagnetiseerd. Maar wetenschappers weten niet echt waarom deze deeltjes in de hersenen zitten of waar ze vandaan komen. Sommige onderzoekers zijn van mening dat deze magnetiseerbare deeltjes een biologisch doel dienen, terwijl anderen zeggen dat de deeltjes door milieuverontreiniging in de hersenen terecht zijn gekomen.
Dit jaar hebben wetenschappers in kaart gebracht waar deze deeltjes zich in de hersenen bevinden. De resultaten van hun onderzoek, aldus de onderzoekers, bewijzen dat de deeltjes er niet voor niets zijn. Dat komt omdat in alle hersenen die de wetenschappers hebben onderzocht - van zeven mensen die begin jaren negentig stierven tussen de leeftijd van 54 tot 87 - de magnetische deeltjes altijd geconcentreerd waren in dezelfde gebieden. De onderzoekers ontdekten ook dat de meeste delen van de hersenen deze kleine magneten bevatten.
Veel dierenhersenen hebben ook magnetische deeltjes en er wordt zelfs gesuggereerd dat dieren deze deeltjes gebruiken om te navigeren. Bovendien gebruikt een type bacterie genaamd magnetotactische bacteriën de deeltjes om zich in de ruimte te oriënteren.
Virus verantwoordelijk voor menselijk bewustzijn?
Een oud virus heeft mensen lang geleden geïnfecteerd en deze indringer heeft zijn genetische code in ons DNA achtergelaten. Dit jaar ontdekten onderzoekers dat fragmenten van dat oude virale DNA een cruciale rol spelen in de communicatie tussen hersencellen die nodig is voor een hogere orde van denken.
Het is niet ongebruikelijk dat mensen fragmenten van virale genetische code bij zich dragen; ongeveer 40 procent tot 80 procent van het menselijk genoom bestaat uit genen die door virussen zijn achtergelaten.
In de studie van dit jaar ontdekten de onderzoekers dat een viraal gen genaamd Arc andere genetische informatie verpakt en van de ene zenuwcel naar de andere stuurt. Dit gen helpt ook cellen na verloop van tijd te reorganiseren. Bovendien treden problemen met het Arc-gen vaak op bij mensen met autisme of andere neurale aandoeningen.
Onderzoekers hopen nu het exacte mechanisme te achterhalen waardoor het Arc-gen in ons genoom is gekomen en wat het precies onze hersencellen vertelt.
Jonge cellen in oude hersenen of nee?
Ons lichaam beschikt voortdurend over oude cellen en maakt nieuwe aan. Maar decennia lang geloofden wetenschappers dat deze celvernieuwing niet plaatsvond in verouderde hersenen. In de afgelopen jaren hebben onderzoeken bij muizen - en sommige vroege onderzoeken bij mensen - echter vragen opgeworpen over dit idee.
Dit jaar leverde een paper het eerste sterke bewijs dat oudere hersenen nieuwe cellen maken. De onderzoekers bestudeerden 28 postmortale, niet-aangetaste hersenen van mensen van 14 tot 79 jaar oud toen ze stierven. De wetenschappers sneden de hippocampus van elk brein, een hersengebied dat belangrijk is voor leren en geheugen, in plakjes en telden vervolgens het aantal jonge cellen dat niet volledig volwassen was. De onderzoekers ontdekten dat oudere hersenen net zoveel nieuwe cellen hadden als jongere hersenen, maar dat de oudere hersenen minder nieuwe bloedvaten en verbindingen tussen hersencellen maakten.
Om de zaken nog ingewikkelder te maken, vond een ander onderzoek, dat een maand eerder werd gepubliceerd, het tegenovergestelde en concludeerde dat volwassen hersenen geen nieuwe cellen in de hippocampus maken. Het meningsverschil zou te wijten kunnen zijn aan de manier waarop de hersenen in de twee onderzoeken werden bewaard en de soorten hersenen die werden onderzocht. (In de eerdere studie werd gekeken naar hersenen met verschillende gezondheidsproblemen, terwijl in de latere studie alleen naar niet-zieke hersenen werd gekeken. Ze hadden ook verschillende conserveringstechnieken kunnen gebruiken die de cellen zouden kunnen aantasten.)
Je hersenen op stress
Slecht nieuws: Stress kan de hersenen doen krimpen. Dat blijkt uit een studie die in oktober van dit jaar is gepubliceerd.
In de studie keken onderzoekers naar meer dan 2000 gezonde mensen van middelbare leeftijd en ontdekten dat degenen met hogere niveaus van het stresshormoon cortisol iets kleinere hersenvolumes hadden dan mensen met normale hoeveelheden van het hormoon. Mensen met hogere cortisolspiegels presteerden ook slechter op geheugentests dan mensen met normale hormoonspiegels. Opgemerkt moet worden dat beide bevindingen associaties zijn tussen stress en de hersenen en geen oorzaak-en-gevolgbevindingen.
Stress is normaal voor het lichaam: tijdens stressmomenten stijgen de cortisolspiegels samen met die van een ander hormoon, adrenaline. Deze hormonen werken samen om je lichaam in een vecht-of-vluchtreactie te brengen. Maar zodra het stressvolle deel voorbij is, zouden de cortisolspiegels moeten dalen. Ze doen dit echter niet altijd. Sommige mensen, vooral in dit moderne leven, kunnen gedurende lange tijd verhoogde cortisolspiegels hebben. Het verminderen van stress - zoals door beter te slapen, aan lichaamsbeweging te doen, ontspanningstechnieken te gebruiken en cortisolreducerende medicatie te nemen - zou een reeks voordelen kunnen hebben, aldus de onderzoekers.
Laat je brein je eigen voetstappen horen?
Klikken, klikken, klikken: u heeft misschien uw brein te danken dat u niet elke stap die u neemt hoort. Een studie die dit jaar bij muizen werd uitgevoerd, toonde aan dat het muizenbrein het geluid van de eigen voetstappen van het beest uitschakelde. Hierdoor konden de wezens andere geluiden in hun omgeving beter horen, zoals de geluiden van een roofdier.
De onderzoekers ontdekten dat het muizenbrein een ruisfilter bouwde toen de hersenen aan een specifiek geluid wennen. Het deed dit door cellen in de motorische cortex, een hersengebied dat betrokken is bij beweging, te koppelen aan de auditieve cortex, een gebied dat betrokken is bij geluid. Simpel gezegd, hersencellen in de motorische cortex vuren signalen af om te voorkomen dat hersencellen in de auditieve cortex hun eigen signalen afvuren - in feite dempen ze de auditieve cortex.
En hoewel de studie bij muizen is uitgevoerd, denken de wetenschappers dat de resultaten ook voor mensen kunnen gelden. Dat komt omdat we al vergelijkbare systemen hebben. De hersenen van kunstschaatsers leren bijvoorbeeld welke bewegingen ze kunnen verwachten, en remmende neuronen heffen reflexen op die zouden voorkomen dat deze atleten zouden draaien en hun gekke kronkels zouden uitvoeren.
Psychedelische medicijnen kunnen de structuur van hersencellen veranderen
Psychedelische drugs kunnen volgens een nieuwe studie de structuur van hersencellen fysiek veranderen. Dit onderzoek is uitgevoerd op hersencellen in laboratoriumschalen en bij dieren, maar als de bevindingen voor mensen gelden, zouden de resultaten kunnen betekenen dat deze medicijnen mensen met bepaalde stemmingsstoornissen kunnen helpen.
Dat komt omdat bij mensen met depressie, angst of andere stemmingsstoornissen neuronen in de prefrontale cortex, een deel van de hersenen dat belangrijk is voor het beheersen van emoties, de neiging hebben te verschrompelen. En hun takken - die neuronen gebruiken om met andere neuronen te praten - trekken zich meestal terug. Maar toen de wetenschappers psychedelische medicijnen, waaronder LSD en MDMA, aan petrischalen met rattenneuronen toevoegden, ontdekten ze dat het aantal verbindingen en vertakkingen in de zenuwcellen toenam.
Een tweede brein in de darmen?
Miljoenen hersencellen leven in de dikke darm en omdat deze cellen functioneren zonder instructies van de hersenen of de wervelkolom, noemen wetenschappers de massa soms 'de tweede hersenen'. Maar deze massa heeft ook een wetenschappelijke naam: het enterisch zenuwstelsel. En een nieuwe studie, uitgevoerd bij muizen, laat zien dat het systeem behoorlijk slim is; het kan gesynchroniseerde neuronen afvuren om spieren te stimuleren en hun activiteit te coördineren, zodat het bijvoorbeeld ontlasting uit het lichaam kan verplaatsen.
Het eigenlijke brein (dat in je hoofd) kan dit ook doen - het afvuren van neuronen synchroniseren - in de vroege stadia van de hersenontwikkeling. Dit betekent dat de neuronacties in de darmen vanaf de eerste stadia van de evolutie van de tweede hersenen een "oereigenschap" kunnen zijn. Sommige wetenschappers veronderstellen zelfs dat de tweede hersenen vóór de eerste zijn geëvolueerd en dat dit schietpatroon afkomstig is van de vroegst functionerende hersenen in het lichaam.
