Netwerken passen zich in de loop van de tijd aan en vormen zo een soort geheugen. Dit is de belangrijkste bevinding van een nieuwe studie door onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Dynamiek en Zelforganisatie in Göttingen en de Technische Universiteit van München. Ze laten zien dat de structuur van het bloedvatnetwerk dynamisch is en zich kan aanpassen aan externe factoren. In het bijzonder ontdekten de wetenschappers dat zelden gebruikte verbindingen steeds meer verzwakken totdat ze uiteindelijk verdwijnen.
Het vasculaire systeem in ons lichaam zorgt voor een constante stroom van voedingsstoffen, hormonen en andere hulpbronnen, waardoor een efficiënt transport wordt gegarandeerd. De onderzoekers Komal Bhattacharyya, David Zwicker en Karen Alim onderzochten op welke manier zo’n netwerk zich kan aanpassen en veranderen in de tijd. Met behulp van computersimulaties modelleerden ze het netwerk en identificeerden ze aanpassingsregels voor de verbindingen.
“We ontdekten dat de sterkte van een verbinding binnen een netwerk afhangt van de lokale stroom”, legt Karen Alim, corresponderend auteur van het onderzoek, uit. “Dit betekent dat koppelingen met een lage stroom onder een bepaalde drempel steeds meer zullen vervallen totdat ze uiteindelijk verdwijnen”, vervolgt ze. Aangezien de hoeveelheid biologisch materiaal om het vaatstelsel op te bouwen beperkt is en op een efficiënte manier moet worden gebruikt, biedt dit mechanisme een elegante manier om het vaatstelsel te stroomlijnen.
Veranderingen in het netwerk zijn hardnekkig
Als een verbinding eenmaal erg zwak is geworden door een laag debiet, is het erg moeilijk om die verbinding te herstellen. Een bekend voorbeeld hiervan is de verstopping van een bloedvat die in een slecht geval zelfs tot een beroerte kan leiden. Tijdens een beroerte worden sommige bloedvaten in een bepaald hersengebied erg zwak door de blokkade van de bloedstroom. “We ontdekten dat aanpassingen in het netwerk in zo’n geval blijvend zijn en behouden blijven nadat het obstakel is verwijderd. Je kunt zeggen dat het netwerk de stroom liever omleidt via bestaande sterkere verbindingen in plaats van zwakkere verbindingen opnieuw te laten groeien – zelfs als de stroom het tegenovergestelde zou vereisen”, legt Komal Bhattacharyya, hoofdauteur van het onderzoek, uit.
Met dit nieuwe begrip van netwerkgeheugen kunnen de onderzoekers nu verklaren dat de bloedstroom permanent verandert, zelfs na succesvolle verwijdering van het stolsel. Dit geheugenvermogen van netwerken is ook te vinden in andere levende systemen: de slijmzwam Physarum polycephalum gebruikt zijn adaptieve netwerk om door zijn omgeving te navigeren op basis van afdrukken door voedselstimuli, zoals eerder aangetoond.