Het brein door een vergrootglas

We zijn vorige week onze ontdekkingsreis door het menselijk brein begonnen door naar de verschillende hersengebieden en kwabben te kijken. De grote hersenen, het cerebellum, de hersenstam zijn allemaal grotere hersengebieden, die verschillende soorten functies vervullen. Maar waar bestaan deze hersengebieden uit? En hoe gaan ze te werk? Willen we nog meer over ons brein te weten te komen, dan moeten we er een sterk vergrootglas bij pakken om de hersencellen te zien, die slechts enkele micro-milimeters groot zijn. Ze zijn dan misschien klein, maar de chemische processen die in deze cellen plaats vinden zijn verantwoordelijk voor elke beweging en elke gedachte die we ooit gehad hebben.

Neuronen

Net zoals stenen de fundamentale bouwsteen van een huis zijn, zijn neuronen de fundamentale bouwstenen van ons brein. Hier hebben we namelijk meer dan 80 miljard van, en door deze neuronen is het mogelijk dat de verschillende hersengebieden hun functies uit kunnen voeren.

Een enkel neuron bestaat uit drie hoofd-onderdelen. De dendrieten, de celkern en het axon. Via de dendrieten ontvangt een neuron elektrische signalen van andere neuronen, die door het cellicham verwerkt worden en vervolgens via het axon weer doorgegeven worden. Via zogenaamde eindknopjes staat elk neuron namelijk weer in verbinding met de dendrieten van andere neuronen. In ons brein zijn er bepaalde gebieden waar zich vooral de dendrieten en cellichamen van neuronen bevinden. Dit gebied wordt ook wel grijze stof genoemd. De grijze stof van ons brein onderscheidt zich van de zogenaamde witte stof, waar vooral axonen bij elkaar komen. Het kleurverschil tussen deze gebieden is te verklaren door de witte myeline laag die om de axonen zit. Deze vettige stof zorgt ervoor dat de axonen extra snel informatie kunnen doorgeven.
Als neuronen met elkaar communiceren, gebeurt dat niet door een directe verbinding tussen de eindknopjes en de dendrieten, maar doormiddel van neurotransmitters die vrij komen ineen synapsspleet. Neurotransmitter reizen door de synapsspleet van de eindknopjes van de gevende neuron naar de dendrieten van de ontvangende neuron en veroorzaken vervolgens een elektrische reactie in het ontvangende neuron. De activiteit van het ontvangende neuron wordt hierdoor afgeremd of juist gestimuleerd. Dit bepaalt of het neuron vervolgens weer neurotransmitters aan andere neuronen doorgeeft of niet. Verschillende neurotransmitters hebben verschillende functies, een bekende transmitter waarvan u wellicht al eerder gehoord heeft, is dopamine. Naast het reguleren van bewegingen en emoties, is deze stof betrokken bij het ervaringen van beloning. Kent u het geluksgevoel als uw plotseling een €5 briefje op straat vindt, of u onverwachts een complimentje van iemand krijgt? In momenten dat er iets gebeurt dat beter is dan verwacht, stroomt er extra veel dopamine door uw brein!
Andere belangrijke neurotransmitters zijn bijvoorbeeld norepinephrine, waardoor we extra alert voelen of glutamaat, dat bij het ophalen van herinneringen en bij leren een grote rol speelt.

Neuronale Circuits

In de jaren 60 was nog een stuk minder over het brein bekend dan tegenwoordig. Een theorie die toen nog populair was, is die van de “grootmoeder cel”. Neurowetenschappers gingen ervan uit dat elke specifieke taak of concept werd gerepresenteerd in een aantal specialistisch neuronen in ons brein. Ze gingen dus ook ervan uit dat er een neuron bestaat dat alleen maar actief zal zijn als we aan onze grootmoeder denken of haar stem of gezicht herkennen.
Inmiddels weten we dat dit allemaal niet zo simpel in elkaar zit. Voor het herkennen van een gezicht, plant of kleur, is niet slechts een neuron maar een heel circuit van neuronen verantwoordelijk. Ook bij het ophalen van herinneringen, het voelen van emoties of het uitvoeren van simpele taken, zijn er telkens verschillende netwerken van neuronen die met elkaar samenwerken en de verschillende sensaties en processen tot stand brengen.
Een manier om meer over neuronale circuits uit te vinden is door te bestuderen hoe ons brein gedurende ons leven verandert. Door zogenaamde neuroplasticiteit, is ons brein namelijk in staat zich constant aan te passen en afhankelijk van onze ervaringen nieuwe connecties tussen neuronen aan te maken of bestaande connecties sterker te maken. Dit is ook wat gebeurt als we een nieuwe vaardigheid leren, zoals het bespelen van een instrument.
Verschillende studies volgden kinderen die wel- of niet een instrument leerden spelen en vergleken hoe hun hersenen zich met de jaren ontwikkelden. Hier bleek dat de kinderen die wel een instrument spelden vooral in hun motor cortex en temporaal kwab veel nieuwe neuronale connecties aanmaakten. Als u de vorige blogpost goed onthouden hebt, zult u dit niet heel verrassend vinden. Immers hebben we de motor cortex nodig om fijne bewegingen uit te oefenen, een vaardigheid die zeker niet mag ontbreken bij het bespelen van piano of gitaar. In de temporale kwab zit het gebied dat geluiden verwerkt en herkent, dus ook een cruciaal onderdeel voor muzikanten. Naast het verhoogde aantal connecties in deze twee gebieden, bleek ook dat er meer connecties tussen de gebieden waren ontstaan. Dit is dus een mooi voorbeeld van hoe neurale circuits over meerdere hersengebieden kunnen lopen, als we complexe taken uitvoeren waar verschillende soorten informatie met elkaar geïntegreerd worden.  

Illustratieverantwoording:

Figuur 1 a): Gebaseerd op Rougier, N. (2007). Biological neuron schema van https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Neuron-figure-notext.svg

Figuur 1 b): MethoxyRoxy (2005). Golgi stained pyramidal neuron in the hippocampus of an epileptic patient. 40 times magnification van
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pyramidal_hippocampal_neuron_40x.jpg

Relevante Wetenschappelijke Bronnen:

Kolb, B., Whishaw, I.Q., Campbell Teskey, G. (2016). An Introduction to Brain and Behavior. 5th edition. Worth Publishers.

Wan, C. Y., & Schlaug, G. (2010). Music making as a tool for promoting brain plasticity across the life span. The Neuroscientist, 16(5), 566-577.