16 juli 2015

Spontane hersenactiviteit spoort verbindingen tussen zenuwcellen aan

Activiteit van zich ontwikkelende hersenen in rust bevordert de plasticiteit van synapsen. Dit blijkt uit een onderzoek van het Nederlands Herseninstituut van de KNAW dat op 15 juli is gepubliceerd in het gezaghebbende vakblad Neuron. De ontdekking van promovendus Johan Winnubst en collega’s biedt nieuwe inzichten in ontwikkelingsstoornissen waarbij hersenverbindingen verstoord zijn, zoals autisme en schizofrenie.

Tijdens de ontwikkeling van het jonge brein genereren veel hersengebieden hun eigen interne, spontane activiteit, waarbij grote groepen cellen tegelijkertijd actief worden. De synchronie tussen actieve groepen cellen is belangrijk voor het vormen van synapsen: de verbindingen tussen zenuwcellen waar informatieoverdracht plaatsvindt. Het vormen van de juiste verbindingen tijdens de ontwikkeling is essentieel voor het latere functioneren van de hersenen.

De studie van de Synaps en Netwerkontwikkelinggroep van het Nederlands Herseninstituut-KNAW toont aan dat verbindingen die niet vaak tegelijkertijd actief zijn met naastliggende synapsen, worden onderdrukt in hun activiteit. ’Dit komt doordat niet-gesynchroniseerde synapsen in de loop van de tijd minder goed gaan functioneren’, verklaart neurowetenschapper Winnubst. ‘Daaruit concluderen we dat spontane hersenactiviteit een drijfveer is voor de clustering van synapsen die dezelfde informatie overbrengen.'

Eerder onderzoek

Uit eerder onderzoek van het Herseninstituut blijkt dat synapsen die dicht bij elkaar liggen op een cel vaker tegelijk actief zijn tijdens spontane activiteit dan synapsen die verder uit elkaar liggen. De veronderstelling was dat deze vorm van ‘synaptische clustering’ een belangrijke eigenschap is voor de latere informatieverwerkingsmogelijkheden van een cel. Cellen die zich ontwikkelden zonder spontane activiteit misten deze synaptische clustering.

Winnubst en collega’s vroegen zich af welk mechanisme verantwoordelijk is voor de clustering van co-actieve synapsen. De onderzoekers volgden daarom de spontane activiteit van grote groepen synapsen op individuele hersencellen van levende muizen aan de hand van calciummicroscopie en elektrofysiologie: een nieuwe aanpak binnen dit type onderzoek.

Het volledige artikel is gepubliceerd in het internationale vakblad Neuron. Bijgaande animatie (YouTube) geeft een indruk van de clustering van gelijktijdig actieve synapsen.