Thalamus reguleert flexibiliteit van het volwassen brein

Er wordt gedacht dat het aanpassingsvermogen van het volwassen brein met name plaatsvindt in de hersenschors. Een nieuwe studie van het Nederlands Herseninstituut laat echter zien dat de thalamus, het schakelstation voor impulsen uit de zintuigen, onverwachts een belangrijke rol speelt in dit proces. ‘Dit kan een interessant aanknopingspunt zijn voor verschillende therapieën’, zegt Christiaan Levelt. 

Het leren van nieuwe dingen vereist een enorme capaciteit van onze hersenen. Door nieuwe ervaringen past ons brein zich aan, wat plasticiteit wordt genoemd. Er zijn periodes tijdens onze ontwikkeling waarin neurale netwerken extra veel plasticiteit laat zien: zogeheten kritische periodes. Maar ook het volwassen brein is nog in staat om zich aan te passen. Waar deze plasticiteit precies plaatsvindt in het volwassen brein, is nog onduidelijk.

Om meer inzicht te krijgen in dit vraagstuk hebben Yi Qin en zijn collega’s, onder leiding van Christiaan Levelt, gekeken naar het visuele systeem van de muis. Dit is een populair model om plasticiteit in kaart te brengen, omdat het eenvoudig te manipuleren valt. Visuele informatie komt via het netvlies in de thalamus terecht. Deze hersenkern geeft vervolgens verwerkte informatie door aan de hersenschors en andersom. Een experiment in muizen kan duidelijk laten zien hoe goed het volwassen brein in staat is om zich aan te passen. Wanneer een van de oogjes afgesloten wordt voor een aantal dagen, dan blijkt dat de hersenschors daarna minder goed gaat reageren op het dichte oog en beter op het open oog.  Hoe dit precies gereguleerd wordt, was lange tijd onduidelijk. Maar deze nieuwe resultaten schuiven een belangrijke speler naar voren: de thalamus.

Nieuwe kijk

Christiaan Levelt: ‘We ontdekten vijf jaar geleden dat de thalamus een hele belangrijke rol speelt in de plasticiteit van de hersenschors tijdens kritische periodes in de ontwikkeling. Dit heeft de kijk veranderd op hoe dit hele systeem werkt. We dachten allemaal dat dit proces gereguleerd werd door de hersenschors maar dit bleek niet het hele verhaal te zijn. We kwamen erachter door een heel specifiek onderdeeltje, de GABA-alfa 1 subunit, uit te schakelen in de thalamus van muizen tijdens hun kritische periode voor zicht. Deze subunit is verantwoordelijk voor het remmen van de thalamus, dus het verwijderen hiervan zorgde voor een verminderde inhibitie. Wanneer we een van de oogjes in deze muizen dichtdeden, bleek de verschuiving van responsen niet langer plaats te vinden. Omdat het volwassen brein andere plasticiteitsmechanismen gebruikt dan een brein in ontwikkeling, was een belangrijke vraag of plasticiteit in het volwassen visuele systeem ook afhankelijk is van de thalamus. De volgende stap was om in volwassen dieren te kijken of we hetzelfde effect zouden zien.’

Yi Qin: ‘In de huidige studie hebben we in volwassen dieren hetzelfde experiment uitgevoerd en zagen we vergelijkbare resultaten. We zagen dat er in de thalamus ook plasticiteit plaatsvond, maar verdween als we de alfa-1 subunit verwijderden. Er vond dan ook geen verschuiving meer plaats in de hersenschors. Omdat we weten dat de hersenschors ook informatie terugstuurt naar de thalamus, via een zogeheten feedbackmechanisme, waren we benieuwd of de hersenschors ook een rol speelt in plasticiteit van de thalamus. Dit hebben we onderzocht door het experiment andersom uit te voeren en de hersenschors plat te leggen. Wat gebeurt er dan met de verschuiving van responsen in de thalamus? Bij volwassen dieren zagen we eigenlijk geen verschil: de shift vond plaats en bleef bestaan. Bij dieren in hun kritische periode zagen we echter dat wanneer je de visuele schors platlegt, de shift weer terugschuift in de thalamus. Op jonge leeftijd communiceren de thalamus en cortex sterker met elkaar en beïnvloeden ze de plasticiteit van elkaar wederzijds, terwijl in het volwassen brein de thalamus vooral belangrijk is voor plasticiteit in de hersenschors, maar niet andersom.’

Betrokken bij veel processen

Levelt vervolgt: ‘Plasticiteit is belangrijk in vele processen. Wij kijken nu met name naar sensorische plasticiteit (zicht) maar plasticiteit is ook fundamenteel voor onder andere het geheugen. Deze nieuwe inzichten kunnen daarom bijvoorbeeld ook relevant zijn voor het begrijpen van leerproblemen. Het zou kunnen dat de oorsprong van deze problemen vanuit de thalamus komt in plaats van de hersenschors. Er is dus een ander plan van aanpak nodig: waar eerst altijd gezocht werd in de hersenschors, blijkt dat we voor therapieën en pathogenese van dit soort problemen, ook in de thalamus moeten kijken. Dat is een belangrijke nieuwe interpretatie.’

Qin: ‘En ook bij een lui oog gaat men ervan uit dat het een probleem van de hersenschors is, maar dit zou eveneens in de thalamus kunnen zitten. In Europa testen we al vanaf jonge leeftijd op de aanwezigheid van een lui oog. Deze aandoening kan eenvoudig verholpen worden tijdens de kritische periode door het ‘goede oog’ tijdelijk af te plakken, waardoor de verbindingen van het slechtere oog sterker worden. In de VS wordt dit bijvoorbeeld niet gecheckt op jonge leeftijd, waardoor meer mensen op latere leeftijd rondlopen met een lui oog. Aangezien de kritische periode bij hen al voorbij is, is het extra moeilijk om deze mensen te behandelen. Onze studie geeft een hint dat we verder moeten kijken dan de hersenschors, wat handvaten kan bieden voor een nieuwe behandelstrategie.’

Bron: eLife

Bekijk hier ook de infographic