De oplichtende (=actieve) stercellen in de diverse delen van de muizenhersentjes (afb: Jun Nagai et al./Nature)

Geheugen is een raar ‘ding’. Ik(=as) kan me met glasheldere beelden en al een voorval herinneren toen ik vier was en mijn vader me achter op de fiets naar de Berlagebrug bracht. Daar stond een muntgroene auto met houten strepen. Ik was niet blij toen ik in de auto werd gezet, waar de jongste broer van mijn vader achter het stuur zat. Mijn (glasheldere) herinnering gaat pas weer verder als we met pech in Limburg (leerde ik later) langs de weg staan en een stel opgeschoten jongens met mijn oom onder de kap doken. De rest van de reis en het feest (een eerste communie van een neef) herinner ik me niet.
Hoe werkt dat? En is het niet vreemd dat mensen met geheugenproblemen vaak de oudste herinneringen wel bewaren?

Onderzoekers van RIKEN rond Jun Nagai denken nu dat astrocyten (stercellen) verantwoordelijk zijn voor het stabiliseren van herinneringen en niet de neuronen; althans bij de proefdieren: muisjes
Astrocyten zouden een ondersteunende rol spelen bij leren en geheugen, was het idee. Het onderzoek zou nu hebben aangetoond hoe emotioneel intense ervaringen zoals angst kleine groepen astrocyten gedurende enkele dagen biologisch markeren, zodat die kunnen worden ‘opgeroepen’ wanneer een muis zich de ervaring herinnert. Het is deze herhaalde astrocytaire interactie die herinneringen stabiliseert.
Toen duidelijk werd dat engrammen – de daadwerkelijke geheugensporen die in neuronen aanwezig zijn – niet op zich verantwoordelijk zijn voor gestabiliseerde langetermijnherinneringen, wendden de onderzoekers hun aandacht naar de astrocyten voor een oplossing.
Neuronen produceren een eiwit genaamd Fos wanneer ze geactiveerd worden en ervaringen kunnen ook de aanmaak van Fos in sommige stercellen activeren.
Om te meten hoe astrocyten in de hele hersenen reageren tijdens leren en herinneren, ontwikkelden de onderzoekers een nieuw systeem dat astrocyten met actieve Fos, maar niet neuronen, kan doen oplichten (fluorescentie) en alleen als Fos gedurende een specifieke periode actief is. Deze periode wordt gecontroleerd door een dier een injectie met 4-OHT te geven.

Met dit systeem leerden ze de muisjes een bepaalde kooi te associëren met een onaangename ervaring. Nadat ze de associatie hadden geleerd, lieten hun reacties, wanneer de muizen enkele dagen later terug in de kooi werden gezet, zien of ze zich de gebeurtenis uit het verleden al dan niet herinnerden.
De belangrijkste bevinding was dat de onderzoekers, anders dan bij neuronen, alleen een sterke Fos-activiteit in astrocyten observeerden tijdens het herinneren, maar niet tijdens het eerste leerproces. Verdere experimenten toonden aan dat Fos-activiteit in deze astrocyten signalen nodig had van de neuronen in de amygdala (amandelkern) die het angstgeheugenengram in kwestie vormen, evenals gelijktijdige signalering van neuronen die de stof noradrenaline als transmitter (doorgever) gebruiken.
De engramactiviteit en noradrenalinesignalering vinden plaats tijdens zowel leren als herinneren. Dus waarom vindt de Fos-activiteit in astrocyten alleen plaats tijdens herinneren?

Het uitlezen van de RNA’s in afzonderlijke cellen van de astrocyten onthulde dat de astrocyten in de dagen na de emotionele ervaring alfa- en bèta-adrenoreceptoren begonnen te produceren, die worden geactiveerd door noradrenaline. De extra adrenoreceptoren kunnen worden gezien als een ‘vlag’ die aangeeft welke astrocyten geactiveerd moeten worden om Fos te produceren de volgende keer dat het diertje zich de ervaring herinnert en het neurale engram wordt geactiveerd.

Blokkade

Toen de onderzoekers de Fos⁺-astrocytensignalering blokkeerden tijdens het herinneren, hadden de muisjes onstabiele herinneringen en reageerden ze niet alsof ze zich iets herinnerden tijdens de herinneringstest.
Aan de andere kant, toen de onderzoekers de astrocyten dwongen te activeren, konden diertjes met slechts licht onaangename ervaringen die herinneren alsof ze zeer onaangenaam waren en hun ‘herinnerde’ ervaringen zelfs ‘beleven’ bij andere kooien waar ze nooit iets onaangenaams hadden meegemaakt.

Nagai zegt dat hun ontdekking ons op korte termijn zou kunnen helpen posttraumatisch stresssyndroom en verwante aandoeningen te begrijpen, waarbij emotioneel intense herinneringen abnormaal lang blijven bestaan ​​of worden geactiveerd door overgegeneraliseerde objecten in de omgeving.
“Deze bevindingen zouden kunnen leiden tot nieuwe therapeutische benaderingen die zich richten op de geheugenschakelaar van atrocyten, wat leidt tot therapieën die traumatische herinneringen zachtjes dempen en andere sparen.”

Ki

“Naast biologie,” stelt hij, “zou dit proces van astrocyten kunstmatige intelligentie kunnen inspireren die het filteren van menselijke herinneringen nabootsen. Huidige ki-systemen zijn data-intensief en energievretend. Door te leren van astrocyten – die efficiënt herinneringen selecteren op basis van emotionele relevantie en herhaling – zouden we energiezuinigere, contextbewustere ki-systemen kunnen ontwerpen die net genoeg onthouden.”
De onderzoekers zijn nu bezig te achterhalen hoe astrocyten in staat zijn tot geheugenstabilisatie en om te testen of specifieke soorten herinneringen onderdrukt of versterkt kunnen worden door ze te manipuleren.

Bron: Alpha Galileo