Hoe vindt de bedrading van de hersens bij de groei de weg?

Gestuurde hersendraden (axonen)

Aan het eind van de axonen (groen) bevinden zich groeikegels met moleculaire antennes (paars). Deze cellen groeiden in een petrischaal. (afb: KTI/Weth)

De menselijke hersens bestaan uit zo’n honderdmiljard hersencellen. Tussen die hersencellen ontstaan vele verbindingen, die, onder meer, de signalen uit andere delen van het lichaam moeten verwerken. Die bedrading van de hersens geschiedt voor de geboorte volgens een of ander bouwplan, zonder dat externe invloeden een rol spelen. Onderzoekers van het technologisch instituut in Karlsruhe (D) denken nu te weten hoe die axonen (uitlopers van hersencellen die die cellen verbinden) gestuurd worden bij het vormen van de celnetwerken. ┬áBij het verbinden van netvlies met hersens doen de eiwitten EphA en ephrine-A het stuurwerk.

Alles bij elkaar is het netwerk van de hersens zo’n 500 000 km lang, meer dan de afstand tussen de aarde en de maan. De bedrading luister natuurlijk vrij nauw. Zo moeten de prikkels die de zenuwcellen van het netvlies oppikken natuurlijk wel naar de juiste plek in de hersens (de visuele cortex) worden geleid.
Daartoe is er bij de opbouw van de het zenuwstelsel een soort navigatiesysteem actief, maar de vraag was hoe dat de zenuwvezels naar het juiste doelgebied leidt. “Dat lijkt een beetje op het systeem van een bestuurderloze auto”, zegt Franco Weth van de afdeling cel- en neurobiologie. Daarbij worden ook gegevens uitgewisseld tussen de auto en zijn omgeving. Bij de zenuwvezels (axonen) fungeren de uiteinden als antennes. Die ontvangen stuursignalen van eiwitten die op de route naar het doelgebied zijn gepositioneerd maar ook op andere zenuwvezels (hoe?, vraag ik me dan af). Op de plaats van aankomst vormen de axonen verbindingen met andere hersencellen via de zogeheten synapsen.

Netvlies

Vanuit het netvlies lopen er zo’n miljoen zenuwdraden naar de visuele cortex. De loop van de bedrading is genetisch voorgeprogrammeerd. Dat zorgt er voor dat een zuigeling al beelden van zijn omgeving krijgt, een overlevingsinstrument dat de evolutie ons heeft ‘geschonken’ en dat niet ontstaat door ervaring. “Door leren raken veel minder synapsen met elkaar verbonden”, zegt Weth.
Het opmerkelijke is dat tijdens de vorming van de hersens (in de baarmoeder) die antennes van de axonen tijdens hun reis steeds ongevoeliger worden voor de binnenkomende signalen van het navigatiesysteem. Je zou toch verwachten dat die informatie nauwkeurig moet worden opgepikt, want anders komen die axonen niet op de goede plek aan, dachten de onderzoekers.

Het blijkt dat de antennes weliswaar steeds ongevoeliger worden voor de stuursignalen, maar dat de verhouding tussen de signalen er steeds toe blijven doen. Het doelgebied wordt uiteindelijk niet door de sterkte van het signaal bepaald, maar door de verhouding van de verschillende signalen. Daardoor lost het navigatiesysteem het conflict op tussen betrouwbaarheid en veranderlijkheid, stellen de onderzoekers.

Ongewoon

Deze gekoppelde signaalsturing is in de biologie heel ongewoon. Weth: “Als je na een tijdje het luchtje van je gespreksgenoot niet meer opmerkt, betekent dat niet dat je de koffie die je drinkt niet meer ruikt. En dat is precies wat er hier gebeurt.”

Waarom de antennes van de axonen gaandeweg ‘afgestompt’ raken, weten de onderzoekers niet. Weth: “We vermoeden dat het iets heeft te maken met energiebesparing, want de signaaloverdracht kost energie.” Een systeem tendeert naar wanorde, volgens de tweede wet van de thermodynamica en orde herstellen kost energie. “Niets in de biologie is zo geordend als de hersenbedrading. Alleen als de ‘kosten’ van die orde zo klein mogelijk worden gehouden is die prestatie te volbrengen”, speculeert Weth.
Deze nieuwe kennis zou van betekenis kunnen zijn voor ziektes die het gevolg zijn van verkeerde hersenbedrading zoals autisme of schizofrenie.

Bron: Alpha Galileo

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.