Sinds meer dan een decennium proberen neurowetenschappers erachter te komen hoe neurogenese (de geboorte van nieuwe neuronen) en neuroplasticiteit (de kneedbaarheid van neurale circuits) samenwerken om opnieuw vorm te geven aan hoe we denken, onthouden en ons gedragen.

Deze week, een oogopenende nieuwe studie, “Volwassen geboren neuronen wijzigen excitatoire synaptische transmissie naar bestaande neuronen” meldde hoe pasgeboren neuronen (gecreëerd via neurogenese) zichzelf weven in een “nieuw en verbeterd” neuraal wandkleed. De bevindingen van januari 2017 werden gepubliceerd in het tijdschrift eLife.

Tijdens deze ultramoderne studie op muizen ontdekten neurowetenschappers van de University of Alabama at Birmingham (UAB) dat de combinatie van neurogenese en neuroplasticiteit ervoor zorgde dat minder geschikte oudere neuronen in de vergetelheid raakten en afsterven, terwijl de fleurige, jonge pasgeboren neuronen bestaande neurale circuits overnamen door robuustere synaptische verbindingen te maken.

Voor hun laatste UAB-studie richtten Linda Overstreet-Wadiche en Jacques Wadiche – die beiden universitair hoofddocent zijn aan de afdeling neurobiologie van de Universiteit van Alabama in Birmingham – zich op neurogenese in de dentate gyrus regio van de hippocampus.

De dentate gyrus is een epicentrum van neurogenese dat verantwoordelijk is voor de vorming van nieuwe episodische herinneringen en de spontane verkenning van nieuwe omgevingen, naast andere functies.

Meer specifiek richtten de onderzoekers zich op nieuw geboren granulecelneuronen in de dentate gyrus die moeten worden bedraad in een neuraal netwerk door synapsen te vormen via neuroplasticiteit om in leven te blijven en deel te nemen aan de lopende neurale circuitfunctie.

Er zijn slechts twee grote hersengebieden waarvan momenteel wordt aangenomen dat ze het vermogen hebben om voortdurend geboorte te geven aan nieuwe neuronen via neurogenese bij volwassenen; de ene is de hippocampus (lange termijn en ruimtelijk geheugen hub) de tweede is het cerebellum (coördinatie en spiergeheugen hub). Met name de granule cellen hebben de hoogste graad van neurogenese. Zowel de hippocampus als de kleine hersenen zitten boordevol met korrelcellen.

Intrigerend is dat matige tot krachtige lichamelijke activiteit (MVPA) een van de meest effectieve manieren is om neurogenese en de geboorte van nieuwe korrelcellen in de hippocampus en de kleine hersenen te stimuleren. (Als een hoeksteen van het The Athlete’s Way platform, schrijf ik al meer dan een decennium over het verband tussen MVPA en neurogenese. Om een breed scala aan Psychology Today berichten over het onderwerp te lezen, klik op deze link.)

Granule cellen werden voor het eerst geïdentificeerd door Santiago Ramón y Cajal, die in 1899 prachtige schetsen maakte die illustreren hoe granule cellen synaptische verbindingen maken met Purkinje cellen in het cerebellum. Zijn adembenemende en Nobelprijswinnende illustraties zijn momenteel op een museumtournee door de Verenigde Staten (in bruikleen van het Instituto Santiago Ramón y Cajal in Madrid, Spanje) als onderdeel van “The Beautiful Brain” reizende kunsttentoonstelling.

(Terzijde: de bulbus olfactorius is het enige andere subcorticale hersengebied waarvan bekend is dat het een hoge graad van neurogenese heeft. Speculatief zou dit een reden kunnen zijn dat geur zo’n onuitwisbare en steeds veranderende rol speelt in onze geheugenvorming en ‘herinnering aan dingen uit het verleden.

Neurogenese en neuroplasticiteit werken samen om neurale circuits opnieuw te bedraden

Een van de belangrijkste aspecten van neurale plasticiteit wordt neuraal darwinisme genoemd, of “neuraal snoeien”, wat betekent dat elk neuron dat niet in een netwerk is ‘gebakken en bedraad’, waarschijnlijk zal uitdoven. Het laatste UAB onderzoek suggereert dat pasgeboren neuronen een rol spelen in het versnellen van dit proces door te “winnen” in een survival of the fittest soort neuronale strijd tegen hun meer oudere of versleten tegenhangers.

Lang voordat er neurowetenschappelijke studies over neuroplasticiteit en neurogenese waren, beschreef Henry David Thoreau onbewust het proces van hoe de paden die iemands geest aflegt, hardwired kunnen worden (wanneer je vast komt te zitten in een sleur) door een goed begaanbaar pad door het bos te beschrijven. In Walden schrijft Thoreau,

“Het oppervlak van de aarde is zacht en indrukbaar door de voeten van mensen; en zo is het ook met de paden die de geest bewandelt. Hoe versleten en stoffig moeten dan de snelwegen van de wereld zijn, hoe diep de sporen van traditie en conformiteit!”

Psychologisch gezien biedt de nieuwste ontdekking van de UAB de opwindende mogelijkheid dat wanneer neuronen van volwassen leeftijd zich in bestaande neurale netwerken nestelen, er nieuwe herinneringen worden gecreëerd en oudere herinneringen kunnen worden gewijzigd.

Door middel van neurogenese en neuroplasticiteit is het misschien mogelijk om een vers en onversleten pad voor je gedachten uit te stippelen. Men zou kunnen speculeren dat dit proces de mogelijkheid opent om jezelf opnieuw uit te vinden en afstand te nemen van de status quo of om traumatische gebeurtenissen uit het verleden, die angst en stress oproepen, te overwinnen. Vastgeroeste, op angst gebaseerde herinneringen leiden vaak tot vermijdingsgedrag dat je ervan kan weerhouden je leven ten volle te leven.

Toekomstig onderzoek naar neurogenese kan leiden tot nieuwe PTSS-behandelingen

Granulecellen in de dentate gyrus maken deel uit van een neuraal circuit dat zintuiglijke en ruimtelijke input uit andere gebieden van de hersenen verwerkt. Door zintuiglijke en ruimtelijke informatie te integreren, heeft de dentate gyrus het vermogen om unieke en gedetailleerde herinneringen aan een ervaring te genereren.

Voor deze studie hadden Overstreet-Wadiche en haar UAB-collega’s een paar basisvragen over hoe de nieuw geboren granule cellen in de dentate gyrus functioneren. Zij stelden zichzelf twee specifieke vragen:

1. Omdat het aantal neuronen in de dentate gyrus toeneemt door neurogenese terwijl het aantal neuronen in de cortex gelijk blijft, creëert het brein dan extra synapsen van de corticale neuronen naar de nieuwe granule cellen?
2. Of dragen sommige corticale neuronen hun verbindingen van rijpe granule cellen over naar de nieuwe granule cellen?

Door middel van een reeks complexe experimenten met muizen, ontdekten Overstreet-Wadiche et al. ontdekt dat sommige corticale neuronen in de hersenschors al hun vroegere verbindingen met oudere granule cellen (die misschien versleten of over hun hoogtepunt heen waren) overdroegen naar de pasgeboren granule cellen die klaar waren om te gaan.

Deze revolutionaire ontdekking opent de deur om te onderzoeken hoe de herverdeling van synapsen tussen oude en nieuwe neuronen de dentate gyrus helpt bij de tijd te blijven door nieuwe verbindingen te vormen.

Een van de belangrijkste vragen waar de onderzoekers tijdens komende experimenten dieper in willen duiken is: “Hoe verhoudt deze herverdeling zich tot de gunstige effecten van lichaamsbeweging, wat een natuurlijke manier is om neurogenese te verhogen?”

In de toekomst is het mogelijk dat baanbrekend onderzoek naar neurogenese en neuroplasticiteit kan leiden tot nauwkeurig afgestemde neurobiologische behandelingen voor aandoeningen zoals posttraumatische stressstoornis (PTSD) en dementie. In een verklaring aan UAB zei Overstreet-Wadiche,

“In de afgelopen 10 jaar is er bewijs geweest dat een herverdeling van synapsen tussen oude en nieuwe neuronen ondersteunt, mogelijk door een competitief proces dat de nieuwe cellen neigen te ‘winnen’. Onze bevindingen zijn belangrijk omdat zij rechtstreeks aantonen dat, om nieuwe cellen in staat te stellen verbindingen te winnen, de oude cellen verbindingen verliezen.

Het proces van neurogenese bij volwassenen voegt dus niet alleen nieuwe cellen aan het netwerk toe, het bevordert ook de plasticiteit van het bestaande netwerk. Het zal interessant zijn om te onderzoeken hoe neurogenese-geïnduceerde plasticiteit bijdraagt aan de functie van dit hersengebied.

Neurogenese wordt meestal geassocieerd met een verbeterde verwerving van nieuwe informatie, maar sommige studies hebben ook gesuggereerd dat neurogenese het ‘vergeten’ van bestaande herinneringen bevordert.”

Aerobic Exercise Is the Most Effective Way to Stimulate Neurogenesis and Create Adult-Born Neurons

De afgelopen 10 jaar is het bruikbare advies dat ik heb gegeven in The Athlete’s Way geworteld in het geloof dat door het dagelijkse proces van sporten iedereen neurogenese kan stimuleren en zijn of haar mindset en kijk op het leven kan optimaliseren via neuroplasticiteit.

Het programma is ontworpen om neurale netwerken opnieuw vorm te geven en je mindset te optimaliseren. Vanaf het begin is dit programma gebaseerd op de ontdekking dat aerobe activiteit brain-derived neurotrophic factor (BDNF) produceert en de geboorte van nieuwe neuronen stimuleert via neurogenese. Ik beschrijf mijn filosofie in de inleiding van The Athlete’s Way,

“Het verleggen van de focus van dunnere dijen naar sterkere geesten maakt dit oefenboek uniek. The Athlete’s Way richt zich niet alleen op het modelleren van six-pack buikspieren of het vormen van billen van staal. We zijn meer geïnteresseerd in het opzwepen van je neuronen en het hervormen van je synapsen om een optimistische, veerkrachtige en vastberaden mindset te creëren. Het doel is transformatie van binnenuit.

Mijn missie is om deze boodschap aan u over te brengen, zodat u neurobiologie en gedragsmodellen kunt gebruiken om uw leven te helpen verbeteren door middel van lichaamsbeweging. Ik ben een ijveraar over de kracht van zweet om het leven van mensen te transformeren door hun geest te transformeren. Mijn overtuiging is sterk en authentiek omdat ik het heb beleefd.”

Ik creëerde The Athlete’s Way samen met de onmisbare hulp van mijn overleden vader, Richard Bergland, die een visionaire neurowetenschapper, neurochirurg en auteur van The Fabric of Mind (Viking) was.

Tien jaar geleden, toen ik The Athlete’s Way: Sweat and the Biology of Bliss (St. Martin’s Press), zette ik neurogenese en neuroplasticiteit in de schijnwerpers. In die tijd was de ontdekking van neurogenese gloednieuw, en nog steeds een radicaal begrip in de mainstream neurowetenschap.

In het begin van de 21e eeuw geloofden de meeste deskundigen nog steeds dat de mens werd geboren met alle neuronen die hij gedurende zijn hele leven zou hebben. Als er al iets was, geloofde men dat mensen alleen neuronen konden verliezen of “hersencellen konden doden” naarmate we ouder werden.

Onbegrijpelijk, toen ik The Athlete’s Way in 2007 publiceerde, waren er veel sceptici en nee-zeggers die dachten dat mijn ideeën over het opnieuw vormgeven van de mentaliteit met behulp van een combinatie van neurogenese en neuroplasticiteit door middel van matige tot krachtige lichamelijke activiteit belachelijk waren.

De afgelopen 10 jaar heb ik mijn voelsprieten omhoog gehouden en mijn vinger aan de pols van al het nieuwste onderzoek naar neurogenese en neuroplasticiteit in de hoop aanvullend empirisch bewijs te vinden dat meer wetenschappelijke geloofwaardigheid geeft aan mijn systeem van geloof en methodologie.

Onnodig te zeggen dat ik vanochtend in de wolken en in extase was toen ik las over het nieuwe onderzoek van Linda Overstreet-Wadiche en Jacques Wadiche, dat precies aangeeft hoe door volwassenen geboren neuronen bestaande neurale circuits wijzigen. Dit is fascinerend. Het zijn spannende tijden in de neurowetenschap. Moderne neurowetenschappelijke technieken staan klaar om nog veel meer raadsels op te lossen over het complexe mechanisme waarmee neurogenese en neuroplasticiteit samenwerken als een dynamisch duo om onze neurale netwerken en functionele connectiviteit tussen hersengebieden opnieuw vorm te geven. Blijf op de hoogte voor toekomstig empirisch bewijs en wetenschappelijk onderzoek naar neurogenese en neuroplasticiteit in de komende maanden en jaren.

In de tussentijd, als je een gratis uittreksel van The Athlete’s Way wilt lezen dat een aantal eenvoudige uitvoerbare adviezen en praktische manieren biedt om neurogenese te stimuleren en je hersenen opnieuw te bedraden via neuroplasticiteit en matige tot krachtige fysieke activiteit, bekijk dan deze pagina’s uit een deel van mijn boek met de titel: “Neuroplasticiteit en Neurogenese: Combining Neuroscience and Sport.”