Je brein wordt weer kinds

Ondanks de centrale rol van hersencellen in ons dagelijks leven zijn onderzoekers er nog niet in geslaagd de ontwikkeling ervan gedurende het hele leven in kaart te brengen. De enorme complexiteit van de hersenen maakt een gedetailleerd overzicht vrijwel onmogelijk.

Maar nieuwe technieken bieden zo’n overzicht wel bij diverse proefdieren.

De bevindingen weerspiegelen waarschijnlijk wat er in onze eigen hersenen gebeurt: het brein van senioren heeft een aantal kenmerken gemeen met dat van kinderen. Dat gegeven kan ons helpen begrijpen waarom we met de jaren mentaal aftakelen.

Hersencellen verbinden zich op de tast

De hersenen beginnen zich circa zeven weken na de conceptie al te vormen. Het begint met een verzameling stamcellen, die kunnen uitgroeien tot alle soorten zenuwcellen in de hersenen. In de zogeheten ventriculaire zone ontwikkelen de zenuwcellen zich en vinden zij hun plaats in de jonge hersenen.

Als ze op hun bestemming aankomen, vormen ze lange takken en gaan ze op zoek naar andere zenuwcellen om verbindingen mee te vormen. Die verbindingen, synapsen, zijn contactpunten tussen de zenuwcellen, waarmee ze signalen naar elkaar kunnen zenden.

Bij de geboorte heeft elke zenuwcel gemiddeld 2500 synapsen met andere zenuwcellen gevormd, en bij tweejarigen is dit zo’n 15.000.

In een baanbrekende studie uit 2020 kwam een team onderzoekers onder leiding van moleculair bioloog Daniel Witvliet met nieuwe details over de vroege hersenontwikkeling. Ze brachten als eersten elke zenuwcel en synaps in de hersenen van een dier gedurende meerdere levensfasen in kaart.

Worm verzesvoudigt zijn synapsen

De onderzoekers kloonden eerst acht rondwormen, zodat ze van ieder vier genetische kopieën hadden. Daarna lieten ze elke kopie zijn levensstadia doorlopen en onderzochten ze de hersenen tot in het kleinste detail.

Zo vormden ze zich een beeld van de ontwikkeling van de hersenen van één worm gedurende zijn hele leven én van de verschillen tussen de hersenen van diverse wormen.

Hieruit bleek dat de zenuwcellen bij de geboorte op hun plek waren, maar dat in de loop van het leven hun axonen groeiden, en dat elke zenuwcel het aantal partners verzesvoudigde.

De onderzoekers ontdekten ook dat de hersenontwikkeling een vrij voorspelbaar patroon volgde. Zo werden verbindingen die bij de geboorte al sterk waren in de loop van het leven meestal nog sterker.

Maar de hersenontwikkeling was niet helemaal voorspelbaar. Het netwerk evolueerde op verschillende manieren, waardoor circa 43 procent van de verbindingen van dier tot dier verschilde.

Als iets soortgelijks voor de mens geldt, betekent dit dat ons hersennetwerk per persoon sterk verschilt.

Hersenen van grote kinderen krimpen

De synapsen van je hersenen bepalen je geestelijke vermogens. Zij bepalen welke zenuwcellen met elkaar kunnen communiceren, maar ook hoe sterk de communicatie is. Als een synaps bijvoorbeeld zijn eiwitsamenstelling verandert, wordt de ontvangende zenuwcel gevoeliger voor de signalen van zijn partner.

Een sterke communicatie in een hersengebied betekent dat je ergens goed in bent. Met goede verbindingen in de taalcentra heb je bijvoorbeeld een talenknobbel, terwijl je met sterke verbindingen in het bewegingscentrum behendig kunt zijn.

Een groot aantal synapsen is echter niet altijd een voordeel. En een nieuwe muisproef toont aan dat de synapsen na de vroege kindertijd beginnen uit te dunnen.

In 2020 heeft een team onder leiding van hersenwetenschapper Mélissa Cizeron een aantal muizen genetisch zo gemodificeerd dat sommige eiwitten in de synapsen in verschillende kleuren opgloeiden. Zo konden de onderzoekers de ontwikkeling van de synapsen gedurende het hele leven volgen.

Daaruit bleek dat het aantal synapsen in de eerste maand van het leven van de muizen sterk toenam, maar in de maand daarna al snel afnam. Andere studies duiden erop dat zoiets ook gebeurt bij mensen.

Zo bleek uit een Nederlandse studie dat het aantal synapsen bij de mens toeneemt tot we circa negen jaar oud zijn, waarna het afneemt tot we rond de 30 zijn.

En we raken niet alleen synapsen kwijt. Uit een Deens onderzoek uit 2007 blijkt dat we in sommige hersendelen met de jaren ook massaal zenuwcellen verliezen. Onderzoekers ontdekten dat volwassenen in een deel van de thalamus 41 procent minder zenuwcellen hebben dan baby’s.

Het verlies van synapsen en hersencellen in de kindertijd leidt echter niet tot een slechtere hersenfunctie – integendeel. De hersenen stoten de delen die ze niet zo vaak gebruiken af, waardoor ze slimmer en efficiënter gaan werken.

En volgens sommige onderzoekers kunnen kinderen die hun verbindingen niet snel genoeg wissen, langzamer zijn in de ontwikkeling van bijvoorbeeld taalvaardigheden.

Mélissa Cizerons muizenproeven leidden ook tot andere ontdekkingen. De onderzoekers vonden 37 soorten synapsen die van elkaar afweken in vorm, grootte en eiwitsamenstelling.

Vroeg in het leven domineerden een paar soorten synapsen, maar geleidelijk nam de diversiteit toe en kreeg elk hersengebied zijn eigen soorten. De synapsen verwerken signalen op verschillende manieren, waardoor elk hersengebied zijn eigen unieke kenmerken krijgt.

Oude hersenen lijken op jonge

Hersengebieden worden dus gevormd om specifieke taken uit te voeren – een ontwikkeling die waarschijnlijk de rijping van geestelijke vermogens weerspiegelt die optreedt bij mensen vanaf de jeugd totdat we volwassen zijn.

Zo verbeteren kinderen van circa twee tot zeven jaar hun langetermijngeheugen; wat zij vóór die leeftijd meemaken, wordt daar doorgaans niet in opgeslagen. En tieners ervaren een duidelijke verbetering in hun vermogen om abstract te denken en een probleem vanuit meerdere invalshoeken te beoordelen.

Maar die ontwikkeling keert om. Toen de proefmuizen drie maanden oud waren, begon de samenstelling van synapsen van de hersengebieden consistenter te worden, en die trend zette zich de rest van hun leven voort.

Uit een vergelijking van de levensfasen bleek dat de hersenen van een 18 maanden oude muis meer leken op die van een twee weken oude muis dan op die van een drie maanden oude muis.

Op latere leeftijd beginnen de hersenen dus terug te keren naar de kindertijd.

Proeven verklaren seniorenbestaan

Volgens Cizeron en haar collega’s verklaart de hersenontwikkeling van oudere muizen mogelijk waarom wij mensen ook geestelijk aftakelen naarmate we ouder worden.

Zo blijkt dat de ontwikkeling het tijdsinterval tussen elk zenuwsignaal in het hersencentrum hippocampus veranderde – een verandering die waarschijnlijk gevolgen heeft voor onder meer het geheugen en leervermogen.

Cizerons muizen vertoonden ook een andere duidelijke verandering op hun oude dag. Na relatief stabiel te zijn gebleven gedurende de volwassenheid nam het aantal synapsen af vanaf het moment dat de muizen ongeveer een jaar oud waren: hun middelbare leeftijd.

Terwijl de afname van het aantal synapsen in de kindertijd hielp de hersenen te stroomlijnen, heeft deze op oudere leeftijd een heel ander effect: belangrijke verbindingen verdwijnen, waardoor een aantal hersenfuncties verzwakt.

Tegelijkertijd verliezen we met de jaren hersencellen die niet door nieuwe worden vervangen, waardoor onze hersenen na ons 60e gemiddeld 0,5 procent per jaar krimpen. Het verlies van synapsen en hersencellen kan een verklaring zijn voor sommige mentale veranderingen die ouderen in hun dagelijks leven ervaren.

Het gaat onder meer om een verzwakking van het geheugen, hoofdrekenen en de algemene snelheid waarmee de hersenen werken. Bovendien kunnen de hersenen minder goed abstract denken en problemen oplossen, twee vaardigheden die opkwamen in de tienertijd, toen de hersencentra zich specialiseerden.

Gelukkig is het niet allemaal aftakeling wat de klok slaat. In het algemeen blijven taalvaardigheden het leven lang relatief intact en blijft de woordenschat groeien. Ook ons plaatsbesef en bepaalde elementen van ons geheugen, zoals het vermogen om de opeenvolging van gebeurtenissen in een verhaal te onthouden, blijven onveranderd. En onze algemene kennis neemt alleen maar toe.

Verder kan de teloorgang van de hersenen tot op zekere hoogte worden omgebogen.

Elektroden geven brein nieuw leven

We behouden ons vermogen om nieuwe synapsen te vormen het hele leven, en door bijvoorbeeld mentale oefeningen te doen kunnen ouderen het aantal synapsen in bepaalde delen van de hersenen verhogen, waardoor onder meer het kortetermijngeheugen er weer op vooruit kan gaan.

Lichaamsbeweging kan ook gunstig werken, want daarbij scheiden de hersencellen stoffen af die de vorming van nieuwe verbindingen stimuleren.

Onderzoekers werken ook aan een snellere manier om de hersenen te versterken zonder oefeningen. Een veelbelovende nieuwe therapie is elektrische hersenstimulatie.

Elektroden op het hoofd creëren een elektromagnetisch veld rond de hersenen, dat de activiteit van de zenuwcellen kan beïnvloeden. Een gevolg daarvan is een toename van BDNF, een stof die de vorming van synapsen stimuleert.

De therapie is her en der al goedgekeurd voor gebruik tegen depressie, een ziekte die ook gepaard gaat met het verlies van synapsen, en proeven duiden erop dat ze een gunstig effect heeft op ouderen die mentaal aftakelen. Het onderzoek bevindt zich echter nog in een vroeg stadium.

Maar als de therapie naar behoren werkt, kunnen we het ouder wordende brein binnenkort weer dichter bij de volwassenheid brengen.