Volgens Amerikaans onderzoek presteren ratten beter op geheugentests na stimulatie van hersengolven in hun slaap. Als we deze hersengolven ook bij mensen kunnen stimuleren, zou dat kunnen leiden tot nieuwe behandelingen voor dementie en andere geheugenstoornissen.
Herinneringen zijn gecodeerd in unieke patronen van activiteit tussen neuronen. Elke keer dat we iets nieuws leren of ervaren, vormt een deel van deze neuronen verbindingen. Deze verbindingen worden sterker terwijl we slapen. Dat zorgt voor versterking van de herinnering. Dit proces staat bekend als geheugenconsolidatie.
Uit eerder onderzoek is gebleken dat er bij geheugenconsolidatie twee hersengebieden actief zijn. Dat zijn de hippocampus, die kortetermijnherinneringen opslaat, en de cortex, die langetermijnherinneringen opslaat. Het lijkt erop dat de hippocampus kortetermijnherinneringen tijdens de slaap overdraagt aan de cortex met behulp van hoogfrequente hersengolven die bekend staan als sharp wave ripples.
‘Er komt een moment dat we een grieppandemie niet kunnen voorkomen’
Ron Fouchier staat aan de frontlinie in de strijd tegen de griep. Met nieuwe vaccins wil hij ons beschermen tegen toekomstige pandemieën.
Om dit te bewijzen verstoorden neurobioloog Antonio Fernandez-Ruiz en zijn collega’s van de Cornell-universiteit in New York de communicatie tussen de hippocampus en de cortex van tien ratten terwijl ze sliepen. Hij presenteerde de bevindingen op 8 oktober op een bijeenkomst van de Society for Neuroscience in Chicago.
Dialoog
Eerst trainden de onderzoekers de knaagdieren om suikerwater te vinden in een doolhof. Toen de ratten sliepen, gebruikten ze een techniek waarbij specifieke cellen met licht worden in- en uitgeschakeld, genaamd optogenetica. Daarmee deactiveerden ze de neuronen in de cortex van de dieren telkens wanneer de hippocampus sharp wave ripples produceerde.
De volgende dag slaagden de ratten er niet beter in hun weg te vinden in het doolhof dan de dag ervoor. Dat suggereert dat ze er weinig tot geen herinnering aan hadden. ‘Als we voorkomen dat de cortex tijdens de slaap naar de boodschappen van de hippocampus luistert, schaadt dat de geheugenconsolidatie’, zegt Fernandez-Ruiz, ‘maar het is niet enkel een eenrichtingsproces, zoals we altijd hebben aangenomen.’
De hippocampus is niet het enige hersengebied dat hersengolven produceert tijdens de slaap, de cortex doet dat ook. De onderzoekers toonden aan dat het uitschakelen van hippocampuscellen bij het uitzenden van hersengolven door de cortex de prestaties van ratten op geheugentests de volgende dag verminderde. ‘We ontdekten dat er een dialoog is tussen deze twee structuren’, zegt Fernandez-Ruiz. ‘Als we voorkomen dat de hippocampus naar de cortex luistert, zullen de ratten zich niet meer herinneren wat ze net hebben gedaan.’
Herinneringen versterken
Daarnaast ontdekten de onderzoekers dat het mogelijk is het proces van het versterken van herinneringen te bevorderen. De onderzoekers plaatsten tien verschillende ratten alleen in een kooi met twee nieuwe objecten. Na ongeveer vijf minuten brachten ze de ratten terug naar hun eigen kooi. De wetenschappers gebruikten vervolgens optogenetica om de neuronen in de hippocampus van de dieren in hun slaap te stimuleren. Dat versterkte de sharp wave ripples.
De volgende dag brachten de onderzoekers de ratten terug naar de kooi met de twee objecten, maar deze keer lag een van de twee objecten op een andere plek. Als de ratten zich de oorspronkelijke positie zouden kunnen herinneren, zouden ze zich realiseren dat het object nu op een andere plek lag. Volgens Fernandez Ruiz was de verwachting van de onderzoekers dat de ratten in dat geval meer tijd zouden besteden aan het verkennen van het object uit nieuwsgierigheid.
Vergeleken met een controlegroep van tien ratten brachten de ratten met versterkte hersengolven gemiddeld 40 procent meer tijd door in de buurt van het verplaatste object. Dat duidt op een verbetering in de geheugenconsolidatie.
Alzheimer
Door beter te begrijpen hoe de hersenen herinneringen versterken tijdens de slaap, kunnen we het proces van geheugenvorming misschien verbeteren, zegt neurowetenschapper Ksenia Kastanenka van de Harvard-universiteit. Zij was niet betrokken bij het onderzoek. Dat zou kunnen leiden tot nieuwe behandelingen voor de ziekte van Alzheimer. Mensen met deze aandoening brengen minder tijd door in slaapfases die belangrijk zijn voor geheugenconsolidatie, aldus Kastanenka.
Het is niet haalbaar om optogenetica te gebruiken om hersengolven bij mensen te stimuleren, zegt Fernandez-Ruiz. De techniek is namelijk invasief en vereist genbewerking. Fernandez-Ruiz en zijn collega’s hebben vergelijkbare effecten laten zien bij knaagdieren door elektroden op hun hoofdhuid te plaatsen, maar het is onduidelijk of dit effectief zou zijn bij mensen, zegt hij.
