Deze twee functies worden bestuurd door verschillende neurale circuits. Met behulp van een diermodel identificeerden wetenschappers van het Institut Pasteur onlangs een neuraal signaal in de hippocampus, een hersengebied dat essentieel is voor het vormen en oproepen van herinneringen, waardoor de hersenen kunnen wisselen tussen onthouden en leren. De bevindingen werden op 15 juli 2022 gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
Onze hersenen onthouden voortdurend informatie die we in het verleden hebben geleerd en gebruiken deze om de wereld in het heden te begrijpen. We komen echter ook vaak objecten en gebeurtenissen tegen die we nog nooit eerder hebben meegemaakt en dan moeten de hersenen klaar zijn om te leren. Deze twee essentiële functies van het geheugensysteem, leren en onthouden, lijken voortdurend met elkaar te concurreren. “Hoe de hersenen de balans vinden tussen deze twee tegengestelde processen is een vraag die neurowetenschappers al heel lang fascineert”, legt Christoph Schmidt-Hieber uit. Christoph is hoofd van de Neural Circuits for Spatial Navigation and Memory Laboratory aan het Institut Pasteur.
De onderzoeksgroep van Christoph Schmidt-Hieber heeft dit probleem onlangs aangepakt door een experiment te ontwerpen waarin muizen virtual reality omgevingen verkennen terwijl hun hersenen worden gescand. “We realiseerden ons dat het belangrijkste obstakel om te bestuderen hoe de hersenen reageren op nieuwigheden de fysieke realiteit zelf was!” legt Ruy Gómez-Ocádiz uit. Ruy is een promovendus in het laboratorium en hoofdauteur van de studie. Het is bijna onmogelijk om het effect van absolute nieuwigheid op de hersenen te bestuderen in een traditioneel experiment, omdat je alles wat een dier waarneemt onmiddellijk zou moeten veranderen. “We zouden dit probleem gemakkelijk kunnen oplossen als we een muis naar een nieuwe kamer konden ‘teleporteren’ terwijl we zijn hersenen opnemen. Dit klinkt misschien als sciencefiction, maar virtual reality-technologie stelde ons in staat om precies dat te doen”, vervolgt Ruy Gómez-Ocádiz .
De wetenschappers ontwierpen een videogame waarin muizen een virtuele ‘wereld’ leren verkennen en beloningen krijgen als ze de regels van een eenvoudig spel correct volgen. Terwijl muizen bezig waren met het spelen van het videospel registreerden de onderzoekers de activiteit van neuronen in de hippocampus, een hersengebied dat essentieel is voor het vormen en oproepen van herinneringen.
Met behulp van deze innovatieve aanpak ontdekten ze een elektrisch signaal in de hippocampus dat verschijnt op het moment dat het dier wordt geteleporteerd naar een nieuwe virtuele wereld. Het signaal wordt uitgezonden door korrelcellen en getriggerd door nieuwigheid. Het induceert een overgang van een neurale staat van geheugen naar een staat van leren.
In samenwerking met natuurkundigen van de École normale supérieure, Université PSL en het CNRS ontwikkelden de wetenschappers vervolgens een computermodel dat suggereert hoe een dergelijk signaal van nieuwigheid kan werken als een schakelaar om de hersenen in staat te stellen af te wisselen tussen onthouden en leren, afhankelijk van de aanwezige informatie in het milieu. “De ontdekking van dit nieuw signaal in de hippocampus levert opwindende nieuwe aanwijzingen op om te begrijpen hoe de hersenen het noodzakelijk evenwicht vinden tussen de vorming van nieuwe herinneringen en het oproepen van bekende herinneringen”, besluit Christoph Schmidt-Hieber.
De studie werd gefinancierd door de bovengenoemde instellingen, de European Research Council (ERC) en het Franse National Research Agency (ANR).
Vertaling: Andre Teirlinck