De hersenen zijn het meest complexe biologische materiaal en het evolueerde over honderden miljoenen jaren, van eenvoudige neurale netwerken, het uitvoeren van eenvoudige aangeleerde gedragingen, zoals het vermijden van gevaarlijke situaties om de snelheid van overleven te verbeteren. De essentiële rol voor herinneringen is cruciaal voor overleving, dus het spreekt voor zich dat de constellatie van op elkaar inwerkende cellen die geheugen engrammen vormen ver terug moet gaan in de evolutionaire tijdschaal.
Het heersende dogma vandaag is echter dat herinneringen worden gevormd in de hippocampus en later worden opgeslagen in de cortex. Deze beperkte visie houdt geen rekening met de andere hersenstructuren, vooral de evolutionair oudere hersenstructuren, die dynamische reorganisatie van anatomische en functionele circuits uitvoeren voor het vormen en opslaan van herinneringen.
In een recente studie gepubliceerd in het Journal Neuron, redeneerde een internationaal interdisciplinair team, geleid door de Ikerbasque onderzoeker Mazahir T. Hasan, dat geheugen “engram” of “spoor” waarschijnlijk ook wordt gevormd en bewaard in de evolutionair oude hersenstructuur, zoals de hypothalamus. De wetenschappers richtten zich op specifieke celtypen in de hypothalamus, namelijk neuronen die oxytocine produceren – een neuropeptide, dat verschillende emotionele hersenfuncties controleert, waaronder angst.
Het team ontwikkelde een nieuwe genetische methode om selectief de oxytocine-neuronen te taggen die worden gerekruteerd tijdens het leren, geheugenvorming en terughalen. Met behulp van deze techniek ontdekten de auteurs dat inderdaad context-specifieke engrammen worden gevormd en bewaard in de hypothalamische circuits en dat verstoring van deze engramcircuits drastische gevolgen heeft voor angstherinneringen.
Deze conclusie kwam uit de experimenten waarin de auteurs genetische schakelaars in de hypothalamus binnensmokkelden die ontworpen waren om selectief de oxytocine neuronen te “labelen” die geactiveerd werden tijdens het ophalen van de angst. Deze “gemerkte” cellen werden genetisch geladen met virussen met gemanipuleerde eiwitten om de neuronale activiteit te manipuleren, hetzij door stimulatie met blauw licht om de gemerkte cellen te activeren (optogenetica genoemd) of door het toedienen van een synthetische chemische stof om deze neuronen het zwijgen op te leggen (chemogenetica genoemd). Wanneer de onderzoekers deze gemerkte cellen activeerden, begonnen de dieren, die geleerd hadden te bevriezen in een gevaarlijke omgeving, rond te lopen; in feite werd de angstexpressie geblokkeerd zolang de neuronen geactiveerd waren. Wanneer het blauwe licht werd uitgeschakeld, keerde de angst opnieuw tot uiting. Dit toont aan dat de gemerkte cellen “de kennis bevatten” van angst. De auteurs voerden vervolgens het omgekeerde experiment uit door de engram oxytocine neuronen het zwijgen op te leggen. Zij ontdekten dat hetzelfde circuit ook nodig is om angst uit te wissen in een proces dat “uitdoving” wordt genoemd. Opmerkelijk is dat deze cellen een enorme plasticiteit ondergaan, waarbij ze overschakelen van een langzame transmissie die door het neuropeptide oxytocine wordt bemiddeld, naar een snelle reactie door de snel activerende glutamaat transmissie.
Deze ontdekking is een “game-changer”, omdat het oproept tot actie om de geheugen engrammen te onderzoeken in de verschillende hersengebieden, zowel lagere als hogere hersenstructuren. Door de anatomische en functionele angstcircuits te begrijpen, moet het mogelijk zijn om innovatieve strategieën te ontwerpen voor de behandeling van menselijke geestesziekten, wanneer het angstgeheugen pathologisch wordt, zoals bij de algemene angststoornissen en vooral bij posttraumatische stressstoornissen.
Voor meer informatie: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31104950