Ons dynamische brein

Prof.dr. Casper Hoogenraad & Dr. Corette Wierenga
Hoogleraar Celbiologie & Wetenschappelijk Onderzoeker Celbiologie
Universiteit Utrecht

1. Wat is de belangrijkste wetenschappelijke ontwikkeling in uw vakgebied?

Bij onze geboorte bevatten de hersenen al bijna alle 100 miljard zenuwcellen, maar de verbindingen tussen de cellen worden vooral tijdens de kindertijd gevormd. En juist in die verbindingen tussen hersencellen ligt het geheim van ons brein. Door de verbindingen (synapsen) tussen zenuwcellen te veranderen, leren we en vormen we onze identiteit. Wetenschappers hebben lang gedacht dat de hersenen enkel veranderden tijdens de ontwikkeling en dat ze, eenmaal volgroeid, ‘statisch’ zijn. Er zouden naar mate men ouder wordt alleen maar zenuwcellen verloren gaan. Het belangrijkste inzicht van de huidige neurowetenschappen is dat ons brein een ongelooflijk dynamisch orgaan is. Onze hersenen veranderen continu en zelfs tot op hoge leeftijd worden nog nieuwe verbindingen gemaakt tussen zenuwcellen. Dit betekent ook dat de hersenen zich mogelijk kunnen herorganiseren nadat er schade is opgetreden (bijvoorbeeld bij epilepsie, de ziekte van Parkinson en dementie) om verloren functies eventueel te compenseren. Op dit ogenblik is de plasticiteit van zenuwcellen nog slecht begrepen. Maar wanneer we de processen beter begrijpen, wordt het op termijn misschien mogelijk om ze te beïnvloeden zodat we vervolgens medisch zinvol kunnen ingrijpen. Waar vroeger de hersenen vaak als ‘black box’ werden benaderd is de huidige neurowetenschap een echte empirische wetenschap waar vanuit talloze verschillende invalshoeken de hersenen worden bestudeerd. Met name de technologische vooruitgang heeft de moderne neurowetenschap in een stroomversnelling gebracht en ertoe geleid dat we veel meer begrijpen van de onderliggende processen in onze hersenen. Met behulp van moderne beeldvormende technieken (bijv. PET, MRI) kunnen we nauwkeurig in beeld brengen wanneer welk hersengebied actief is en hoe dat veranderd is in patiënten. In diermodellen of in gekweekte cellen in het laboratorium kunnen we vervolgens met behulp van geavanceerde microscopische technieken deze hersengebieden en hun zenuwcellen nader bestuderen. Zo kunnen we de activiteit van individuele zenuwcellen volgen, hun verbindingen met omliggende zenuwcellen testen, en de functie van de verschillende moleculen in zenuwcellen bestuderen.

2. Op welke wetenschappelijke doorbraak hoopt u?

Er zijn al grote stappen gemaakt, uiteenlopend van het in kaart brengen van de functie van de verschillende hersengebieden tot het ontrafelen van moleculaire leerprocessen. Maar er blijven ook nog steeds heel veel belangrijke vragen onbeantwoord. In hoeverre zijn de hersenen flexibel? Hoe wordt informatie verwerkt in de zenuwcellen? Waar bevindt zich ‘het geheugen’ precies en hoe werkt het opslagproces? Welke processen zijn belangrijk voor herinneringen? En welke geheugen moleculen zijn hier bij betrokken? Om zulke vragen te kunnen beantwoorden is het noodzakelijk om niet alleen heel nauwkeurig te observeren, maar ook om heel precies zenuwcellen te veranderen en daarvan de gevolgen te bestuderen. Op dit moment zijn de meest spannende ontwikkelingen gericht op het genereren van nieuwe technieken om zulke experimenten mogelijk te maken. Zo kunnen tegenwoordig zenuwcellen geactiveerd of juist uitgeschakeld worden met behulp van een lichtpuls. Op deze manier kan de precieze de bijdrage van een type zenuwcel worden bepaald tijdens geheugenexperimenten. Een andere ontwikkeling maakt het mogelijk om afzonderlijke geheugen moleculen zichtbaar te maken in gekweekte, levende zenuwcellen met zeer geavanceerde microscopische technieken, bijvoorbeeld tijdens de vorming of afbraak van contacten tussen zenuwcellen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van nieuw ontwikkelde fluorescente labels (bijv. labels die van rood naar groen geschakeld kunnen worden) waardoor de positie van geheugen moleculen heel nauwkeurig kan worden beschreven. De verwachting is dat de toepassingen van zulke nieuwe ontwikkelingen in de nabije toekomst een schat aan informatie gaat opleveren over essentiële processen in de hersenen zoals leren, geheugen en gedrag. Bij al deze technologische ontwikkelingen en om de geobserveerde processen kwantitatief en modelmatig te beschrijven is een nauwe samenwerking tussen bètawetenschappers (in dit geval wiskundigen, natuurkundigen, scheikundigen en biologen) van essentieel belang.

3. Wat is de waarde van uw vakgebied voor de samenleving?

Er wordt uitvoerig onderzoek naar hersenen gedaan in de wereld, waarbij veel onderzoekers zich op ziek hersenweefsel en zieke hersencellen richten, terwijl we feitelijk nog maar heel weinig weten van de biologie van zenuwcellen. We moeten niet vergeten te investeren in een beter begrip van de werking van ‘gezonde’ hersenen, zodat we daarna meer gericht kunnen kijken naar patiënten met hersenletsel of geheugenverlies. Meer fundamentele kennis zal op langere termijn leiden tot meer en betere medische toepassingen. Echter het ontwikkelingsproces vanaf de wetenschappelijke ontdekking tot aan de uiteindelijke toepassing is extreem tijdrovend en ‘de maatschappij’ heeft haast, want de vraag naar nieuwe geneesmiddelen is enorm. Het is dan ook geen toeval, en nogal ironisch, dat grote farmaceutische bedrijven, zoals Novartis, Merck en GlaxoSmithKline, na jaren van dure klinische experimenten, de ontwikkelen van nieuwe geneesmiddelen voor hersenaandoeningen recentelijk hebben geclassificeerd als hoge-risico-activiteit. De industrie geeft zelf aan dat de zoektocht naar nieuwe ‘drug targets’ uiterst moeizaam is omdat er te weinig bekend is over de onderliggende biologie van zenuwcellen. De waarde van de neurowetenschappen is om de kloof te dichten tussen de wetenschap enerzijds en de medische wereld anderzijds. Alleen op deze manier kan fundamenteel wetenschappelijke kennis toegepast worden in de kliniek en kunnen nieuwe geneesmiddelen en behandelmethoden beschikbaar komen voor de maatschappij.


Andere bijdragen in Biologie, Ons brein