Bijzondere hersencellen reageren op onverwachte situaties

Nieuw onderzoek van het Nederlands Herseninstituut laat zien dat een specifiek type hersencel, genaamd chandeliercel, actief wordt bij onverwachte situaties. ‘Onderzoekers vroegen zich al tijden af wat deze cellen nou precies doen.’

Je fietst naar je werk door de stad en ineens staat er ergens een nieuw gebouw. Op de eerste dag is dat heel verrassend. Op dag 2 wordt dit al wat minder en na een week valt het je niet meer op. Andersom gebeurt hetzelfde: wanneer er ergens abrupt een gebouw is verdwenen, kijk je ook verbaasd op. Maar hoe signaleert je brein onverwachte veranderingen en welke hersencellen zijn hierbij betrokken?

Koen Seignette uit het lab van Christiaan Levelt heeft met zijn collega’s uit het Kole lab en Roelfsema lab de krachten gebundeld om meer te weten te komen over een bijzonder type hersencel die zich in kleine aantallen in de hersenschors bevindt: de chandeliercel. Chandeliercellen zijn een type inhibitoire (remmende) hersencellen. In tegenstelling tot andere inhiberende hersencellen remmen ze maar één plek van andere cellen, maar over waarom en wanneer is nog maar opvallend weinig bekend.

Nieuw muismodel

Koen Seignette: ‘Van de meeste typen inhibitoire hersencellen weten we best veel over hun functie, maar bij chandeliercellen bleef dit nog altijd raadselachtig. Doordat ze genetisch niet goed te markeren waren, konden ze niet goed onderzocht worden. Dat is ook de oorzaak dat we eigenlijk nog weinig zicht hebben op wat ze precies doen. Inmiddels hebben we een muismodel in het lab verkregen, waarin de chandeliercellen fluorescent gelabeld zijn. Hierdoor kunnen we ze live in beeld brengen en vaststellen wanneer ze actief zijn. En dat biedt nieuwe kansen.’

‘Als eerste stap hebben we gekeken waar chandeliercellen in de visuele hersenschors op reageren. Wat gebeurt er met deze cellen wanneer de muis gaat rennen en wat gebeurt er wanneer we visuele stimuli laten zien? In een van de experimenten hebben we de muizen in een virtuele tunnel laten lopen. Wanneer de muis loopt, beweegt de tunnel, en wanneer de muis stopt, stopt de tunnel ook. Maar je kunt ook een onverwachte situatie creëren door de tunnel te stoppen terwijl de muis nog loopt. Wij ontdekten dat juist dan de chandeliercellen als een gek beginnen te vuren.’

Plasticiteit

Christiaan Levelt: ‘We zien dat het type stimulus eigenlijk niet eens zoveel uitmaakt, het gaat er vooral om dat het onverwachts en verrassend is. Daarnaast zie je dat er ook gewenning en verandering optreedt, vergelijkbaar met het eerdergenoemde voorbeeld van het nieuwe gebouw. In het begin reageren de cellen sterk, maar na herhaaldelijke blootstelling wordt de activiteit zwakker. De cellen zijn dus in staat om zich aan te passen, wat ook wel plasticiteit genoemd wordt. En deze plasticiteit vindt ook op structureel anatomisch niveau plaats: we kunnen letterlijk veranderingen zien in de synapsen die zij vormen op andere hersencellen.’

‘Wat deze studie belangrijk maakt, is dat dit de eerste echt uitgebreide studie is naar chandeliercellen in de visuele schors. We hebben niet alleen bepaald waar ze op reageren, maar ook met welke hersencellen zij verbindingen vormen en wat hun invloed op andere hersencellen is. Nog niet eerder is hier in zo’n detail naar gekeken. Het begrijpen van de rol van deze remmende cellen in de hersenschors is cruciaal voor ontzettend veel processen, waaronder het leren van onverwachte omstandigheden. We weten allemaal dat je dingen waar je erg door verrast wordt, het beste onthoudt. Waar de voorspelling niet klopt, is waar de informatie zit. Je hebt plasticiteit nodig om je inzichten continue te updaten, en daar zouden deze cellen een rol bij kunnen spelen.’

Bron: eLife

Waarom zijn chandeliercellen zo bijzonder?

Chandeliercellen, zo genoemd omdat ze lijken op een kroonluchter, zijn inhibitoire ofwel remmende hersencellen die zich uitsluitend richten op het startpunt (axon initieel segment) van elektrische signalen in de piramidecellen, de meest voorkomende cellen in de hersenschors. Men dacht dat chandeliercellen in potentie sterk controle konden uitoefenen over piramidecellen, door het actiepotentiaal te blokkeren. Verrassend is dat het huidige onderzoek laat zien dat dit effect eigenlijk zeer zwak is, wat in strijd is met eerder getrokken conclusies.

Bekijk hier ook de infographic