Een fel groen puntje met vertakkingen

De toponderzoekers van het Nederlands Instituut voor Neurowetenschappen (NIN) ontrafelen gestaag de mysteries van het brein. Een reportage over lerende cellen, biologische klokken en obsessieve stoornissen.

Medium 1 rc20120713netherlandsinstituteneuroscience02

Iedere donderdagochtend komt het team van hersenwetenschapper Christiaan Levelt bijeen in de vergaderruimte van het Nederlands Instituut voor Neurowetenschappen (nin). De promovendi en postdocs doen verslag van hun verse data en de hobbels die ze op hun pad tegenkomen. Moeten er nog nieuwe doses worden besteld van de chemicaliën die worden gebruikt om weefselpreparaten te kleuren? Zijn de scans helder genoeg? In dit open klimaat leren ze van elkaar. Gedurende de week zijn de twaalf onderzoekers vooral op zichzelf aangewezen. Urenlang zitten ze gebogen over hun microscopen om de activiteit in individuele hersencellen te meten of te broeden op proefopstellingen die licht kunnen werpen op de vraag: hoe leert een brein?

Rajeev Rajendran vertelt dat hij deze week bijna een serie nieuwe metingen te pakken had die meer zouden vertellen over welke cellen het leervermogen beïnvloeden. ‘Op het allerlaatste moment ging er iets mis met de meting bij een levende muis in het lab.’ Waardoor het mis ging is nog niet helemaal duidelijk. Iets gooide zijn meting in de war. Alle omstandigheden moeten perfect zijn: de lucht­vochtigheid, het zuurstof­gehalte en het fragiele muizenlichaampje. Zelfs een trillinkje in de machine kan de data onbetrouwbaar maken. Rajendran is een rappe prater die hiervoor werkte aan het Tata Institute of Fundamental Sciences in Mumbai, het paradepaardje van de Indiase wetenschap. Hij doet proefdieronderzoek. Met een zogeheten twee-fotonlasermicroscoop (kosten: ruim driehonderdduizend euro) kijkt hij door een venstertje in de schedel van een muis direct het levende brein in. De techniek is nieuw. Tot voor kort moesten onderzoekers het doen met post-mortemweefsel.

Als iemand het woord neemt, luistert de rest geboeid, terwijl vanaf een olieverfschilderij aan de muur Cornelius Ariëns Kappers, in 1909 de eerste directeur van het herseninstituut, statig neerkijkt op het jonge gezelschap. Ze dragen vrolijke T-shirts en spijkerbroeken, waar de generatie van Kappers formeel gekleed ging in vest, met boord en das. Stond de hersenwetenschap begin vorige eeuw nog in de kinderschoenen, nu komen er van dit onderzoeksgebied de grote doorbraken over het functioneren van lichaam en geest. Dat is mede het gevolg van steeds geavanceerdere technieken, waardoor het vak de laatste tien jaar in een stroomversnelling is gekomen. Promovenda Daniëlle van Versendaal toont dit aan in het klein. Ze houdt de groep haar iPad voor met daarop haarscherp bewegende beelden van remmende hersencellen die het leerproces sturen.

Het humeur in het lab van Levelt is de laatste weken opperbest, want de onderzoekers proeven de zoete smaak van succes. Onlangs hadden ze in Neuron, een erepodium voor de absolute top van het vakgebied, een artikel over hun ontdekking dat zogenaamde remmende contacten tussen neuronen in het volwassen brein nog een groot aanpassingsvermogen hebben. In een jong brein hebben activerende contacten daarentegen de overhand. Lange tijd was de hersenwetenschap vooral gericht op die activerende verbindingen, waaraan we de ingesleten wijsheid te danken hebben dat basale functies – zien, horen – nauwelijks meer veranderen als het brein eenmaal is volgroeid, zo rond het 23ste levensjaar. Uit experimenten op muizen bleek dat een volwassen brein wel degelijk kan leren, maar op basis van een ander mechanisme dan van een jong brein. Dat werd ontdekt via een proef­opstelling met het ‘luie oog’, zoals we dat kennen van een kind met een afgeplakt brillen­glas. Als bij een muis een oog werd afgedekt, nam het andere oog de functie langzaam over. Het blijkt dat de remmende contacten tussen hersenencellen langzaam verdwijnen om zich aan die nieuwe situatie aan te passen.

De publicatie van dit onderzoek was tot op het laatst spannend. Want zoals dat gaat in de ratrace van de mondiale wetenschap, bleek een team van het Massachusetts Institute of Technology in Boston te werken aan een vergelijkbaar onderzoek. Ze kregen via via lucht van elkaars bevindingen en bijna tegelijk kwamen de Amerikanen met hun resultaten naar buiten. Uiteindelijk stonden er in Neuron twee artikelen met dezelfde conclusie: in het volwassen brein zijn remmende contacten tussen hersencellen veel veranderlijker dan activerende contacten. De mate waarin hersenen kunnen veranderen, hun plasticiteit, is dus veel groter dan we tot nu toe wisten. Eén foutje op het Amsterdamse lab, een paar dagen vertraging om wat voor reden dan ook, en alle eer was naar de overkant van de oceaan gegaan.

Toch is er geen tijd om op de lauweren te rusten. Wetenschappelijk succes is meestal van korte duur. En dus graven de onderzoekers steeds dieper het brein in.

‘We weten dat de hersenen “kritische perio­des” kennen waarin ze kunnen leren. Daarbuiten is het moeilijk nieuwe vermogens, zoals spraak of een instrument bespelen, in te prenten’, licht Levelt na afloop van de bijeenkomst het onderzoek toe. ‘Dat zie je aan een extreem voorbeeld als “wolfskinderen” die in de prille jaren nauwelijks emotionele en cognitieve input kregen. Bij autisten zou het kunnen zijn dat de kritische periode verkeerd is verlopen. We proberen te ontdekken welke hersencellen die leerperiodes aansturen. Ondertussen doen we tests met medicijnen die de rem op het leren tijdelijk losser maken. Interessant, want dat opent de mogelijkheid om een volwassen brein weer net zo ontvankelijk te maken voor leren als dat van een kind. De klinische toepassing zou bijvoorbeeld kunnen zijn dat na een infarct functies gerevitaliseerd kunnen worden. Maar het gaat allemaal heel langzaam, hersenwetenschap is the final frontier, we weten er eigenlijk nog heel weinig van af.’

Onderzoek op dit niveau is millimeterwerk. Niet alleen vanwege het materiaal, bestaande uit flinterdunne lapjes menselijk weefsel of de hersencellen van levende muizen. Vooruitgang betekent vooral ook heel kleine stapjes maken. Voor een onweerlegbaar resultaat wordt eerder gerekend in jaren dan in maanden. Van de onderzoeker vergt dat engelengeduld, ambachtelijke precisie en natuurlijk een goed stel hersenen.

  • De rest van dit artikel is alleen beschikbaar voor vaste abonnees. Zij kunnen hier inloggen om verder te lezen.
  • Als u al een abonnement op De Groene Amsterdammer heeft maar nog geen gebruikersnaam en wachtwoord, klik dan hier om u te registreren.
  • Geen abonnee? Klik dan hier om de abonnementen te bekijken of neem voor slechts vier euro week-toegang tot het gehele digitale archief en lees De Groene van deze week tevens in pdf op uw scherm of tablet.

Beeld: Roger Cremers