Wanneer beginnen onze gedachten zich eigenlijk te vormen? Een internationale groep wetenschappers heeft ontdekt dat de eerste momenten van elektrische activiteit in de hersenen plaatsvinden binnen gestructureerde patronen, zonder enige externe ervaring. Dit suggereert dat ons denkorgaan mogelijk ‘vooraf geconfigureerd’ is met instructies voor interactie met de wereld.
De onderzoeksteam, geleid door de Universiteit van Californië, Santa Cruz, heeft recentelijk een studie gepresenteerd waarin ze miniatuur hersenweefselmodellen (organoïden) hebben gebruikt. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Neuroscience.
Volgens Tal Sharf, een onderzoeker aan de Baskin School of Engineering van de universiteit, interageren deze cellen duidelijk met elkaar en vormen ze zelfassemblerende circuits, nog voordat wij iets uit de buitenwereld kunnen ervaren. ‘Er is een besturingssysteem dat zich in een oervorm manifesteert. In mijn laboratorium kweken we hersenorganoïden om deze oervorm van het hersenbesturingssysteem waar te nemen en te bestuderen hoe de hersenen zich opbouwen voordat ze worden gevormd door sensorische ervaringen’, legt hij uit.
De Rol van Organen in de Hersenen
Een beter begrip van hoe de menselijke hersenen zich ontwikkelen kan wetenschappers helpen om neuroontwikkelingsstoornissen beter te begrijpen en de impact van toxines, zoals pesticiden en microplastics, op een zich ontwikkelend brein te identificeren.
De hersenen functioneren, vergelijkbaar met een computer, door elektrische signalen – de activatie van neuronen. Zowel het moment waarop deze signalen beginnen te activeren als de ontwikkeling van de menselijke hersenen zijn een uitdaging voor de wetenschap, omdat de vroege ontwikkeling van de hersenen plaatsvindt tijdens de zwangerschap.
Organoïden, driedimensionale modellen van weefsel gekweekt uit menselijke stamcellen in het laboratorium, zijn bijzonder nuttig voor het bestuderen van de hersenontwikkeling. Ze kunnen in grote hoeveelheden worden gekweekt.
Studie van Elektrische Activiteit
Voor deze studie heeft het team de stamcellen geactiveerd om hersenweefsel te vormen en daarna de elektrische activiteit gemeten met behulp van gespecialiseerde microchips, vergelijkbaar met die waarop computers functioneren. Het team observeerde de elektrische activiteit van het hersenweefsel naarmate het zich vormde – van stamcellen naar weefsel dat in staat is om zintuigen te vertalen en bewuste gedachten te produceren.
Onderzoekers ontdekten dat in de eerste maanden van de ontwikkeling, lang voordat een menselijke hersenen in staat zijn om complexe externe sensorische informatie te ontvangen en te verwerken, zoals zicht en gehoor, de cellen spontaan elektrische signalen begonnen uit te zenden die typerend zijn voor de patronen die ten grondslag liggen aan de interpretatie van zintuigen.
Een Aangeboren Kaart
Uit hun observaties van de organoid-patronen ontdekten Tal Sharf en zijn collega’s dat deze vroeg waarneembare patronen een verrassende gelijkenis vertonen met het vooraf bepaalde patroon van de hersenen. Zelfs zonder sensorische input activeren ze een complex repertoire van temporele patronen of sequenties die de potentie hebben verfijnd te worden voor specifieke zintuigen, wat wijst op een genetisch gecodeerd plan dat inherent is aan de neurale architectuur van levend hersenweefsel.
‘Deze intrinsiek zelforganiserende systemen kunnen dienen als basis voor het bouwen van een representatie van de wereld om ons heen’, stelde Sharf voor. ‘Het feit dat we ze in deze vroege stadia kunnen zien, suggereert dat de evolutie een manier heeft gevonden waarop het centrale zenuwstelsel een kaart kan opbouwen die ons in staat stelt om te navigeren en te interageren met de wereld’, benadrukte hij.
De kennis dat deze organoïden de basisstructuur van levend hersenweefsel produceren opent, volgens de studie, een reeks mogelijkheden voor een beter begrip van menselijke neuroontwikkeling, stoornissen en de effecten van toxines op de hersenen.
