De 'ondersteunende cellen' van de hersenen spelen een actieve rol bij het geheugen en het leren
Nieuw onderzoek levert verder bewijs dat gliacellen meer doen dan neuronen ondersteunen en voeden, waarvan traditioneel werd gezegd dat ze de cellen zijn die verantwoordelijk zijn voor het functioneren van de hersenen.
Het lijkt erop dat gliacellen die astrocyten worden genoemd - zo genoemd omdat ze dezelfde vorm hebben als sterren - een actieve rol spelen bij het geheugen en bij het leren.
Dit is volgens een nieuwe studie van de University of California (UC), Riverside.
Het team ontdekte dat astrocyten - die veel meer neuronen bevatten - de beperkte ruimte in de hippocampus van de hersenen kunnen beheren door ongewenste synapsen of de verbindingen tussen neuronen te snoeien.
De hippocampus is een klein maar cruciaal deel van de hersenen dat belangrijk is voor geheugen en leren.
In een artikel dat nu is gepubliceerd in de Journal of Neuroscience, beschrijven de onderzoekers hoe ze de mechanismen hebben onderzocht waarmee astrocyten de 'hippocampus circuitremodellering tijdens het leren' reguleren.
Ze ontdekten dat wanneer astrocyten te veel van het eiwit ephrin-B1 produceren, dit geheugenproblemen veroorzaakt bij muizen.
Zoals senior studie auteur Iryna M. Ethell, die hoogleraar biomedische wetenschappen is aan UC Riverside's School of Medicine, uitlegt: "[O] verproductie van dit eiwit in astrocyten kan leiden tot verminderde retentie van contextueel geheugen en het vermogen om in de ruimte te navigeren. . "
Neuronen, gliacellen en synapsen
Er zijn twee hoofdtypen cellen in de hersenen en het ruggenmerg: neuronen; en de meer overvloedige gliacellen, die bestaan uit microglia's, astrocyten en oligodendrocyten.
Oorspronkelijk dacht men dat neuronen de actieve werkeenheden van de hersenen waren, en dat de rol van gliacellen was om ze passief te ondersteunen en te koesteren.
Maar steeds meer onderzoek toont aan dat gliacellen verre van passief zijn en een actieve rol spelen bij de ontwikkeling van de hersenen en het zenuwstelsel.
We weten bijvoorbeeld dat astrocyten helpen bij het reguleren van de generatie en functie van synapsen, of de ruimtes tussen het uiteinde van een neuron en de andere neuronen waarmee het communiceert.
Communicatie vindt plaats door middel van chemische boodschappers, of neurotransmitters, om signalen over de synapsen te dragen.
De onderzoekers merken op dat eerdere studies abnormale interacties tussen astrocyten en neuronen hebben gekoppeld aan ontwikkelingsstoornissen en degeneratieve aandoeningen van de hersenen.
Sommige van deze onderzoeken hebben ook aangetoond dat de abnormale interacties verband houden met stoornissen in het geheugen en het leren. Ze hebben de onderliggende mechanismen echter niet geïdentificeerd.
Volgens hun eigen bevindingen zegt prof. Ethell dat zij en haar collega's geloven dat "astrocyten die te veel ephrin-B1 tot expressie brengen, neuronen kunnen aanvallen en synapsen kunnen verwijderen".
Dit type ‘synapsverlies’ is waargenomen bij de ziekte van Alzheimer, amyotrofische laterale sclerose en andere neurodegeneratieve ziekten.
Astrocyten verwijderen synapsen
De onderzoekers begonnen de interactie tussen gliacellen en neuronen te bestuderen door het effect van astrocyten op muisneuronen in het laboratorium te onderzoeken. Ze ontdekten dat wanneer ze astrocyten toevoegden die teveel ephrin-B1 aan de neuronen produceren, ze de synapsen 'opeten'.
Het verwijderen van synapsen in de hersenen verandert het geheugen en de leercircuits, dus deze bevinding suggereert dat interacties tussen gliacellen en neuronen waarschijnlijk het geheugen en het leren beïnvloeden.
Om dit verder te onderzoeken, onderzochten de wetenschappers het effect bij levende muizen. Toen ze de hoeveelheid ephrin-B1 van de dieren verhoogden, ontdekten ze dat de dieren zich geen gedrag konden herinneren dat ze net hadden geleerd.
Het kan zijn dat "overproductie van ephrin-B1 een nieuw mechanisme kan zijn waarmee ongewenste synapsen in de gezonde hersenen worden verwijderd", speculeert prof. Ethell.
Dit idee wordt ondersteund door het feit dat een toename van de productie van ephrin-B1 door astrocyten vaak wordt waargenomen bij traumatisch hersenletsel.
Maar "overmatige verwijdering" van synapsen kan problemen veroorzaken en leiden tot neurodegeneratie, vervolgt prof. Ethell.
Vergeten is nodig om te leren
In de hippocampus - het deel van de hersenen dat zich vooral bezighoudt met het geheugen - worden nieuwe synapsen gevormd naarmate we nieuwe dingen leren.
En, zegt prof. Ethell, vanwege de beperkte hoeveelheid ruimte in deze kleine regio, is het nodig om enkele ongewenste verbindingen weg te werken om ruimte te maken voor nieuwe als zich nieuwe herinneringen vormen.
Het evenwicht tussen het maken van nieuwe synapsen en het opruimen van ongewenste synapsen wordt in stand gehouden door stijgingen en dalingen in de productie van ephrine-B1 door de astrocyten.
"Om te leren", stelt prof. Ethell, "moeten we het eerst vergeten." Zij en haar collega's zetten hun onderzoek naar gliacellen voort en willen ontdekken waarom slechts enkele, en niet alle, astrocyten synapsen verwijderen.
“Wat we zeker weten, is dat het niet effectief is om alleen op neuronen te richten voor studie. Het zijn ook de gliacellen die onze aandacht nodig hebben. "
Prof. Iryna M. Ethell
