Neuronen (afb: MIT)
Hersencellen van mensen hebben minder ionkanalen dan verwacht, als je die vergelijkt met die van andere zoogdieren. Dan krijg je meteen de speculatie dat dat verschil de zoogdier mens maakt tot zo’n ‘bijdehand’ exemplaar.
Neuronen communiceren met elkaar via elektrische signalen. Die worden geproduceerd door ionkanalen waardoor, onder meer, kalium- en natriumionen (kunnen) stromen. Het blijkt dat de mensenneuronen er daar veel minder van hebben dan de neuronen van andere zoogdieren. De onderzoekers denken dat dat systeem efficiënter werkt dan de dichter bekanaalde hersencellen van andere zoogdieren. Daardoor zouden mensenhersens meer energie kunnen steken in andere energievergende taken.
Mark Harnett van het MIT en collega’s onderzochten hersencellen van tien verschillende zoogdieren en zagen een patroon in het ‘bouwplan’ dat voor alle zoogdieren opging, behalve voor de mens. Zo stijgt de ionkanaaldichtheid in een hersencel naarmate de grootte toeneemt. DAt gaat niet op voor mensen. “Eerder onderzoek zou hebben uitgewezen dat mensenhersens zijn gebouwd als die van andere zoogdieren”, zegt hoofdauteur Lou Beaulieu-Laroche. “We waren dus verrast te zien dat de menselijke neuronen speciaal zijn.”
Neuronen van zoogdieren krijgen elektrische signalen van duizenden andere neuronen. Wat er bij die cellen binnenkomt bepaalt of de cel zelf gaat vuren. In 2018 zagen Harnett en Beaulieu-Laroche dat er verschillen bestaan in elektrische eigenschappen tussen neuronen van ratten en van mensen, vooral van de dendrieten (uitlopers van de hersencellen). Toen bleek hen al dat mensenneuronen minder dicht bezaaid waren met ionkanalen dan die van ratten.
Ionkanaaldichtheid
In het nieuwe onderzoek bekeken ze hersencellen van tien zoogdieren: de wimperspitsmuis (een van de kleinst bekende zoogdieren), woestijnrat, muis, de rat, de cavia, fret, konijn, de marmoset (een aapachtige), de makaak en de mens.
De toenemende ionkanaaldichtheid van de negen zoogdieren kwam voor de onderzoekers als een verrassing, want meer ionkanalen betekent meer energie om de ionen in en uit de cel te pompem. Het zou echter wel zinnig zijn als je keek naar het aantal kanalen in de hele hersenschors.
Het kleine brein van de wimperspitsmuis bestaat uit heel kleine neuronen. Per volume-eenheid heeft dat diertje meer neuronen dan een konijn (die heeft dan ook grotere neuronen). De ionkanaaldichtheid is echter dezelfde voor de twee maar ook voor de zeven andere zoogdieren (dan de mens). Harnett: “Het bouwplan is overeenkomstig bij de negen zoogdieren. Het lijkt er op dat de cortex (hersenschors; as) het aantal ionkanalen per volume-eenheid hetzelfde wil houden tussen de soorten. Dat betekent dat de energiekosten gelijk zijn, tenminste die voor de ionkanalen.”
De onderzoekers denken dat bij de mens meer energie kan worden gestoken in andere zaken zoals de vorming van ingewikkelde synaptische verbindingen tussen de neuronen of door frequenter te vuren. Harnett: “We denken dat dat oude bouwplan beperkend was voor de omvang van de cortex, dat er een manier is gevonden om energiezuiniger te werken dan bij andere soorten.”
Hij is nu van plan uit te gaan zoeken waar dat overschot aan energie voor gebruikt wordt en of er speciale mutaties nodig geweest zijn die neuronen in de hersenschors helpen om voor die energiebesparing te zorgen. De onderzoekers zijn ook nieuwsgierig of apensoorten die dichter bij de mens staan dan de onderzochte een dergelijke ontwikkeling te zien geven.
Bron: Science Daily