Menu Close

Poelslak met fotografisch geheugen

Het onderzoek naar de werking van het menselijk geheugen raakt in een stroomversnelling. De jongste ontdekkingen verklaren waarom de een zijn geheugen vergelijkt met een vergiet, terwijl de ander alles moeiteloos kan onthouden.

EEN fotografisch geheugen – het is een eigenschap die iedereen van tijd tot tijd wel zou willen hebben. Niet meer eindeloos herhalen van namen of pin-codes, maar al direct, na het één keer te hebben doorgenomen, de materie voor lange tijd hebben opgeslagen – alleen al voor eindexamenleerlingen is het een gedachte die hen achter hun bureautje doet watertanden.

Het ‘leer-pilletje’ dat al die scholieren zo graag zouden slikken, is er nog steeds niet. Maar toch boeken wetenschappers opmerkelijke voortgang bij het in kaart brengen van een van de meest geheimzinnige processen in de menselijke geest: het vastleggen van informatie voor toekomstig gebruik. Dat bleek vorige week overtuigend tijdens een internationaal congres van hersenwetenschappers in Tokio, georganiseerd door de Japanse yoghurt-fabrikant Yakult, een bedrijf dat een deel van zijn winst ten behoeve van de wetenschap spendeert.

De grote interesse voor leren en geheugen kan niet alleen worden verklaard door de groeiende problemen met ouderdomsziekten als Alzheimer-dementie – ze komen ook om de hoek kijken wanneer we willen begrijpen hoe bij diersoorten als de mens de overdracht van ‘cultuur’ in de evolutie zijn intrede heeft kunnen doen.

Het zoeken naar plaatsen waar verworven kennis wordt vastgelegd, kende aan het begin van deze eeuw een weinig vruchtbaar verloop. Onderzoekers die zochten naar een verband tussen herinneringen en beschadigde hersendelen, raakten er steeds meer van overtuigd dat dat verband niet bestond: welk deel van de hersenschors ook beschadigd was, de meeste herinneringen bleven gewoon aanwezig. Het geheugen leek op raadselachtige wijze verdeeld over de complete hersenschors.

Pas in de jaren vijftig werd die theorie op zijn kop gezet. Toen artsen een patiënt met ernstige epilepsie probeerden te behandelen door de ‘temporale lob’ van zijn hersenschors uit te schakelen, bleek hij na afloop van de operatie plotseling te lijden aan een ernstige vorm van geheugenverlies. Die ene patiënt, in de medische literatuur aangeduid met de initialen H.M., zorgde in een klap voor een revolutie in het hersenonderzoek: kennelijk was het geheugen wel degelijk toe te schrijven aan aparte delen van de hersenen.

Naarmate het onderzoek vorderde richtten aller blikken zich op een kleine hersenstructuur in de temporale lob, de ‘hippocampus. Op allerlei manieren werd de relatie tussen de hippocampus en leerprocessen in kaart gebracht. In de jaren zeventig leidde dat bijvoorbeeld tot de ontdekking van een fenomeen dat de naam ‘lange-termijn potentiatie’ meekreeg. Verbindingen tussen zenuwcellen in de hippocampus, bleken, naarmate ze vaker werden gebruikt, in ‘dikte’ toe te nemen. Hoe intensiever een hersenschakeling wordt benut, hoe gemakkelijker de overdracht van elektrische signalen langs die route daarna verloopt. Aan een belangrijke voorwaarde voor het verklaren van geheugen was daarmee voldaan. Vele jaren zou de hippocampus in het geheugenonderzoek een dominante rol blijven spelen. Maar geleidelijk aan groeide de overtuiging dat de zaak toch ingewikkelder ligt.

Een van de eersten die opmerkten dat er verschillende vormen van geheugen bestaan, die ook kunnen berusten op verschillende processen in de hersenen, was de Amerikaan dr Larry Squire, tegenwoordig hoogleraar aan de universiteit van Californië in San Diego. Naast ‘expliciet geheugen’, dat zich richt op concrete feiten, plaatsen, gebeurtenissen en daarom ook wel beschrijvend’ wordt genoemd, onderscheidde hij andere vormen van geheugen, die ‘impliciet’ of ‘niet-beschrijvend’ zijn.

Voorbeelden van dit impliciete geheugen zijn te vinden bij het aanleren van vaardigheden en gewoonten, en bij het ontwikkelen van ‘geconditioneerde reflexen’, zoals bij de beroemd geworden hond van Pavlov. In tegenstelling tot het expliciete geheugen speelt het impliciete geheugen zich af buiten het bewustzijn. Het gaat om leerprocessen die bij mensen, maar ook bij honden, reptielen en eenvoudige slakken zijn terug te vinden – organismen dus die niet eens een hippocampus hebben.

Dat het impliciete geheugen ook bij mensen weinig te maken heeft met de hippocampus, kan Squire aantonen door proefpersonen heel ingewikkelde opdrachten te laten leren. Sommige opdrachten zijn zó moeilijk en ondoorzichtig, dat ‘gewoon’ onthouden niet meer helpt. Ondanks die hoge moeilijkheidsgraad zijn zulke opdrachten toch te leren – proefpersonen presteren geleidelijk aan steeds beter. Het opmerkelijke is, dat mensen met ernstige vormen van geheugenverlies het bij zulke opdrachten niet slechter doen dan gezonde proefpersonen.

In een van die proeven krijgen proefpersonen telkens twee speelkaarten te zien. Op basis van die twee kaarten moeten zij een eenvoudige weersvoorspelling’ doen: regen of zonneschijn. Na afloop krijgen zij de goede oplossing te zien. Wat zij niet weten, is dat het verband tussen de kaarten en het weer erg ingewikkeld is: klavers geven 80 procent regenkans, schoppen 60 procent, ruiten 40 procent en harten 20 procent. Een bepaalde kaartcombinatie kan dus heel goed de ene keer regen, maar de volgende keer zonneschijn geven.

De opdracht is dermate ingewikkeld, dat het vrijwel onmogelijk is het exacte verband tussen de kaarten en het juiste weertype te ontdekken. Toch blijkt dat mensen, als ze het spelletje tientallen keren krijgen voorgeschoteld, steeds beter worden in hun weersvoorspelling. En, belangrijker nog: ook mensen met ernstige beschadigingen in hun hippocampus blijken de opdracht te kunnen leren. Ook al kunnen zij zich na afloop geen enkel detail van de proef herinneren, wanneer ze weer aan het werk worden gezet doen ze niet onder voor anderen.

Steeds duidelijk blijkt dan ook dat voor dergelijke vormen van ‘impliciet leren’ een andere hersenstructuur van belang is: het ‘cerebellum’, ook wel de ‘kleine hersenen’ genoemd. Het cerebellum ligt, half verscholen onder de veel grotere hersenschors, achterin de hersenen, dicht tegen de hersenstam. Van oudsher geldt het als een hersencentrum dat een grote rol speelt bij de besturing van subtiele, nauwkeurige bewegingen.

Tot degenen die de nieuwe rol van het cerebellum boven water proberen te halen behoort dr Richard Thompson, werkzaam aan de universiteit van Zuid-Californië in Los Angeles. Zoals Pavlov zijn honden bij het horen van een belletje liet watertanden, zo laat Thompson konijnen bij zon belletje reflexmatig met de ogen knipperen. Het leerproces is het zelfde: door consequent een beetje lucht in het oog te blazen wanneer het belletje rinkelt, knippert het konijn na verloop van enige tijd ook met de ogen zonder dat er lucht in zijn ogen wordt geblazen.

Dit leerproces, de ‘geconditioneerde reflex’, blijkt onafhankelijk van de hippocampus, ook al kan de voortgang van het leerproces precies worden afgelezen aan de activiteit van de zenuwcellen in dit hersendeel. Pas wanneer het cerebellum van de proefkonijnen tevoren wordt beschadigd, blijft de geconditioneerde reflex uit. Ook bij mensen blijken beschadigingen in het cerebellum ‘impliciete leerprocessen’ te bemoeilijken.

Expliciete en impliciete geheugenfuncties mogen dan op geheel verschillende hersenstructuren zijn terug te leiden, op ten minste één punt vertonen ze een belangrijke overeenkomst: herhaling van de ‘opdracht’ is van groot belang wil de herinnering voor langere tijd beklijven. Voor de meeste mensen is éénmaal een nieuw telefoonnummer horen niet genoeg – ze moeten het enkele malen voor zichzelf herhalen, om het in het geheugen te kunnen graveren.

Voor sommige mensen blijkt dit echter niet nodig – zij hebben aan één ‘stimulus’ genoeg, en hebben dus een ‘fotografisch’ geheugen. Het vermogen om snel te kunnen leren, lijkt in hoge mate afhankelijk van dit soort verschillen.

Dr Eric Kandel, hoogleraar aan het Howard Hughes Medical Institute in New Vork, denkt inmiddels op het spoor te zijn van de fundamentele processen in de hersencellen waarop deze verschillen in leervermogen berusten.

In de hersencellen van poelslakken – populair onder hersenonderzoekers omdat ze een zeer eenvoudig zenuwstelsel hebben – ontrafelde Kandel de keten van chemische processen die ten grondslag liggen aan het geheugen. Hij ontdekte dat één zenuwsignaal van buitenaf in het inwendige van de cel doorgaans een tijdelijk effect heeft: het openzetten van poriën in de celwand, waardoor meer kalium-ionen naar binnen kunnen stromen. Daardoor blijft de zenuwcel gedurende vijf tot tien minuten gemakkelijker ‘prikkelbaar’ dan voorheen.

Pas wanneer het signaal van buiten enkele malen wordt herhaald, wordt in de chemie van de cel een drempel overschreden die een heel ander proces in werking stelt. Een speciaal eiwit, ‘CREB’ genoemd, komt in de kern van de cel in actie. Op het DNA van de zenuwcel zoekt hen de genen op die het bouwplan bevatten voor de aanleg van zenuwverbindingen. Als die genen worden afgelezen, groeien de verbindingen met andere zenuwcellen uit, zodat ze gevoeliger worden. Het opslaan van nieuwe informatie, met andere woorden, gaat gepaard met anatomische veranderingen in de hersenen. Wie de inhoud van dit artikel goed tot zich laat doordringen, heeft na afloop andere hersenen dan ervoor.

In werkelijkheid, zo ontdekte Kandel al snel, ligt de zaak nog wat ingewikkelder. Het CREB-eiwit blijkt een broertje te hebben, voor het gemak CREB-2 genoemd, dat precies het tegenovergestelde doet: het gaat de werking van CREB-1 tegen. Wanneer CREB-1 met antistoffen wordt weggevangen, verliest de slak zijn langetermijngeheugen. Maar wanneer CREB-2 wordt uitgeschakeld, krijgt de slak juist een fotografisch geheugen. Het is de verhouding waarin de twee eiwitten in de cel voorkomen, die kennelijk bepaalt hoe gemakkelijk nieuwe signalen leiden tot de aanleg en versteviging van zenuwverbindingen.

Dat de onderzoekers op de goede weg zitten, kan worden afgeleid uit proeven bij andere proefdieren dan slakken, zoals fruitvliegen en muizen. Ook daar blijkt het lange-termijngeheugen – dat bij de vlieg ongeveer een week aanhoudt – gemakkelijk te beïnvloeden met de beide CREB-eiwitten. Vliegen die genetisch zo zijn gemanipuleerd dat ze geen CREB-1 meer maken, hebben geen lange-termijngeheugen. Is daarentegen de werking van CREB-2 geblokkeerd, dan heeft de vlieg bij wijze van spreken aan één woord genoeg.

De verhouding tussen de twee eiwitten, speculeert Kandel, biedt ook een goed handvat om de verschillen tussen mensen met een goed en een slecht geheugen te verklaren. Mensen met een fotografisch geheugen zouden, door hun genetische achtergrond of dankzij zware training, minder CREB-2 of juist meer CREB-1 in hun zenuwcellen hebben.

Gloort er nu dus ook hoop voor eindexamen-kandidaten, in de vorm van pilletjes met het eiwit CREB-1? Nee, voorlopig niét – al was het maar omdat eiwitten worden tegengehouden door de darmwand en de barrière tussen de bloedbaan en de hersenen. Bovendien – ook CREB-2 is er ongetwijfeld niet voor niets. Alles direct en voor altijd onthouden, is ook geen eigenschap waar een mens erg gelukkig van wordt.

Related Posts