Zo koppelen hersencellen je herinneringen aan een locatie

Dat laten Amerikaanse neurowetenschappers nu voor de eerste keer zien met neuroimaging technieken in patiënten met epilepsie. 

Omgevingen die we kennen worden in de hersenen geïnternaliseerd als een soort ruimtelijke kaarten (vergelijk het met landkaarten) van die omgevingen. Dat wisten we al sinds 1971, toen de Brits-Amerikaanse neurowetenschapper John O’Keefe ontdekte dat er in de hippocampus, een hersengebied in de mediale temporale cortex dat betrokken is bij geheugen, zogenoemde ‘place cells’ zaten. Place cells zijn omgevingsgevoelige hersencellen, die uitsluitend actief worden op een specifieke locatie in een omgeving. 

Neem, om dat de visualiseren, je eigen huis in gedachten, waarvan de locaties van de afzonderlijke kamers waarschijnlijk goed in het geheugen zitten. In de hippocampus wordt iedere kamer gerepresenteerd door een verschillend groepje place cells. Dus als je (in het echt of in verbeelding) door je eigen huis loopt, worden opeenvolgend verschillende groepjes place cells actief. 

Maar niet alleen worden verschillende locaties uit een bekende omgeving opgeslagen in het geheugen; ook kunnen herinneringen selectief opgehaald worden uit elk van die locaties. In je huis is elke kamer gekoppeld aan specifieke herinneringen die je hebt. Hoe de hersenen dát voor elkaar krijgen is een raadsel en tegelijkertijd een al lang openstaande vraag in de hersenwetenschappen.

Met een nieuwe studie is er een flinke stap gezet naar het ontrafelen van dat mysterie. Neurowetenschapper Salman Qasim en collega’s aan de Columbia universiteit van New York vonden namelijk een nieuwe type hersencellen in mensen, die ze ‘memory trace cells’ noemden. 

Deze nieuw ontdekte memory trace cells gedragen zich als place cells, in zo ver dat ze actief worden op specifieke locaties in een omgeving. Maar er is een belangrijk verschil. In tegenstelling tot place cells, worden memory trace cells namelijk alléén actief op locaties die relevant zijn voor het ophalen van een specifieke herinnering.

Om dat te testen verrichtten de onderzoekers metingen in 19 patiënten die in het ziekenhuis lagen met epilepsie, en die allemaal schriftelijke toestemming gaven voor deelname aan het onderzoek. Deze patiënten hadden voor hun behandeling al elektroden in hun hersenen, waarvan de onderzoekers gebruik maakten om naar de hersenactiviteit te kijken.

De patiënten moesten, terwijl ze in bed lagen met de elektrodes in hun hersenen, een virtual reality geheugenspelletje spelen op een laptop computer. Met een handheld controller bewogen ze zich door een virtuele omgeving, waarin zich vier verschillende objecten bevonden, elk op een andere locatie. Na twee kennismakingsrondes door de omgeving verdwenen de objecten, en vanaf de derde ronde moesten de deelnemers aangeven, door op een knop te drukken, wanneer ze op de locatie waren waar ze dachten dat ze eerder een van de vier objecten waren tegengekomen.

Tegelijkertijd werd hun hersenactiviteit tot op de hersencel nauwkeurig gemeten. Het bleek dat sommige hersencellen, de cellen die de onderzoekers later tot memory trace cells doopten, actief werden vlak voordat die locaties werden bereikt. Interessant daarbij was dat elke memory trace cell bij meerdere locaties actief kon worden. Of een memory trace cell actief werd bij een bepaalde locatie, hing af van of dat de locatie was waar de deelnemer dacht dat het te zoeken object eerder was verschenen.

Daarnaast werden de memory trace cells pas actief ná de eerste twee rondes. Met andere woorden, ze werden pas actief tijdens de rondes waarin de objecten verdwenen waren. Daarmee leken de memory trace cells dus met name betrokken bij het ophalen van herinneringen, in plaats van bij het ‘vormen’ van die herinneringen.

De memory trace cells werden gevonden in de entorinale schors, een hersengebied dat onderdeel uitmaakt van de hippocampale formatie en sterk gekoppeld is aan de hippocampus zelf. De entorinale schors is onder andere bekend doordat het een van de eerste hersengebieden is dat is aangedaan bij mensen met de ziekte van Alzheimer, een vorm van dementie waarbij problemen ontstaan met het geheugen. 

Of memory trace cells een rol spelen bij het verloop van de ziekte van Alzheimer moet uitgezocht worden in verder onderzoek. In ieder geval begrijpen we met de ontdekking van deze cellen weer wat meer over hoe het geheugen precies werkt in de hersenen. 

De bevindingen zijn gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Nature Neuroscience.