Zonder hippocampus, geen herinneringen. Zonder hippocampus, geen toekomstbeelden? De functie van de hippocampus, een belangrijk hersengebied, lijkt breder te gaan dan aanvankelijk gedacht.
Om te overleven moeten dieren vaak heel snel beslissingen nemen. Het gaat hierbij dikwijls om een afweging tussen twee of meerdere toekomstige scenario’s die worden ingebeeld. Een antilope, opgejaagd door een hongerig roofdier zal bijvoorbeeld ‘denken’: als ik nu naar links ga, dan breng ik mijn familieleden in gevaar. Maar als ik naar rechts ga, is de kans heel klein dat ik dit zelf overleef. De capaciteit om die toekomstige situaties in te beelden, is dus van cruciaal belang om (optimale) beslissingen te nemen. Uit een onderzoek blijkt dat de hippocampus, een veelvuldig onderzocht hersengebied dat zich diep in de temporale kwabben bevindt, waarschijnlijk medeverantwoordelijk is voor deze vaardigheid.
Amerikaanse neurowetenschappers hebben in een experiment met ratten ontdekt hoe het brein ingebeelde toekomstscenario’s kan genereren. De resultaten geven niet alleen inzicht in hoe het brein beslissingen maakt, maar ook hoe en in welk hersendeel het vermogen tot inbeelden tot stand komt.
Interne GPS
De ratten, opgezadeld met een op de schedel aangebracht toestel dat doorlopend hersenactiviteit meet, werden in een T-vormig doolhof geplaatst. De onderzoekers waren vooral geïnteresseerd in de activiteit van de place cells terwijl de dieren het labyrint ontdekten. Dat zijn specifieke neuronen in de hippocampus waarvan men vermoed dat ze instaan voor de locatiebepaling. Ze vormen de interne GPS in het brein van de ratten. Uit de hersenmetingen bleek dat wanneer de ratten de T-splitsing naderden, de activiteit van de place cells sneller heen en weer bewoog tussen de rat’s huidige positie en de twee alternatieve wegen. Alsof ze de wederkerende overweging maakten tussen de huidige locatie en de twee alternatieven. ‘Ik ben nu hier – links? – ik ben nu hier – rechts?’
De hippocampus genereert een menu vol imaginaire scenario’s
Place cells zijn, naast locatiebepaling, ook functioneel wanneer de ratten zich voortbewegen in een bepaalde richting. Wanneer ze een weg van de T-splitsing kozen, konden de place cells die instonden voor de andere richting ook nog snel heen en weer bewegen. De onderzoekers interpreteerden dit als de rat’s vermogen om alternatieve routes in te beelden. ‘Ik ga nu deze weg uit, maar ik kan nog steeds terugdraaien en de andere weg opgaan’.
Jaap Murre, professor aan de universiteit van Amsterdam, zegt dat het niet vreemd is dat ratten toekomstige paden inbeelden. “In de jaren 70 stelde men al vast dat wanneer een rat over een weg loopt, dat dan enkel de cellen die instaan voor het deel van de weg die ze nog moet afleggen, vuren. Bijzonder is hier dat de ratten een keuzemogelijkheid hadden en dat de cellen die instaan voor beide paden vuurden”, zegt Murre.
De place cells’ oscillaties (of slingerbewegingen) tussen het heden en de ingebeelde opties bleken niet bepalend in de beslissing van de ratten over welke richting te kiezen, maar ze werden wel sterker naarmate de ratten de T-splitsing naderden. De onderzoekers leidden hieruit af dat de hippocampus een menu vol imaginaire scenario’s genereert. Andere hersendelen gaan dan die scenario’s associëren met ervaringen uit het verleden of met potentieel gevaar. Al die informatie, in combinatie met de huidige fysische en psychische toestand van de rat, zorgt ervoor dat ze een gefundeerde beslissing kunnen nemen.
Verleden, heden en toekomst
De resultaten zijn niet alleen interessant voor ratten, maar ook voor de mens. “Als je kijkt naar welke gebieden er zijn en hoe ze verbonden zijn, dan zie je dat het hippocampus circuit van ratten en mensen gek genoeg sterk overeenkomt”, zegt Murre. “Het is dus heel waarschijnlijk dat het bij mensen ook op deze manier gaat. Al is locatie bij ratten natuurlijk veel belangrijker is dan bij mensen.”
De studie toont aan dat de functie van de hippocampus niet beperkt is tot het aanmaken en ophalen van herinneringen, en het creëeren van ruimtelijke kaarten. Place cells, specifieke neuronen die zich in de hippocampus bevinden, kunnen meerdere consistente imaginaire scenario’s produceren en vasthouden over een langere periode. Een groot deel van zijn functie blijkt dus te liggen in het maken van de brug tussen het verleden en de (ingebeelde) toekomst in het nu.
De studie werd gepubliceerd in het wetschapstijdschrift Cell.
