Recent onderzoek naar hersenorganoïden suggereert dat ons zenuwstelsel beschikt over een aangeboren “startarchitectuur”, die al gevormd wordt voordat externe prikkels ons beginnen te vormen.
Het lijkt misschien alsof we worden geboren met een schone lei. We zien, horen, voelen en absorberen kennis uit onze omgeving, terwijl we de ervaringen opdoen die nodig zijn om ons in de wereld te bewegen. Dit klopt deels, maar niet helemaal – mensen beginnen namelijk niet vanaf nul, maar met “vooraf geïnstalleerde” fabrieksinstellingen. Onderzoekers beschrijven deze als activiteitspatronen die zich vormen voordat de eerste zintuiglijke prikkels optreden.
De hersenen hebben hun eigen “besturingssysteem”
Deze bevindingen zouden elke pasgeboren ouder moeten interesseren die denkt dat ze een nieuw leven vanaf de grond af aan vormen zoals klei. Onderzoekers van de Universiteit van Californië onthullen hoe de vroegste elektrische activiteit in de zich ontwikkelende hersenen eruitziet. Ze bestudeerden hersenorganoïden, driedimensionale structuren opgebouwd uit menselijke stamcellen – het zijn als het ware miniatuurmodellen van hersenweefsel.
De analyse toonde aan dat deze organoïden in staat zijn om ontladingssequenties te genereren die lijken op die in een volwassen brein, en dat zonder enige externe prikkels. In een recente publicatie wordt festgestellt dat kenmerkende patronen zijn waargenomen die bekend zijn uit het zogenaamde “default mode”-netwerk – een netwerk van activiteit dat de basis vormt voor latere waarneming en interpretatie van signalen uit de omgeving.
Interessant genoeg kwamen dezelfde fenomenen niet alleen voor in menselijke organoïden, maar ook in muismodellen en in fragmenten van de schors van pasgeboren knaagdieren. Op basis hiervan beweren wetenschappers dat de hersenen beschikken over een soort aangeboren actieplan dat begint te functioneren zonder de tussenkomst van zintuigen. Met nerdachtige terminologie zou je kunnen zeggen dat we worden geboren met een soort besturingssysteem – of het nu Android of iOS is, dat komt later.”
Genetische programmering kan helpen bij het diagnosticeren van ziekten
Deze nieuwe ontdekkingen ondermijnen deels de theorieën van bepaalde onderzoekers die geloven dat het brein pas begint met het creëren van neuronale ontladingssequenties na het verwerken van de eerste prikkels, zoals beelden, geluiden of geuren. Dit ontkent natuurlijk niet dat leren via ervaring belangrijk is, maar bewijst dat er zoiets is als een aangeboren architectuur van de hersenen – en dat niet alleen bij mensen, maar ook bij andere soorten.
“Deze cellen interageren duidelijk met elkaar en vormen circuits die spontaan ontstaan voordat we enige ervaring met de buitenwereld opdoen. Er is een bepaald besturingssysteem dat in een primitieve staat verschijnt. In mijn laboratorium kweken we hersenorganoïden om te kijken naar deze primaire versie van het besturingssysteem van de hersenen en te onderzoeken hoe het zich zelf opbouwt, voordat het wordt gevormd door zintuiglijke prikkels,” aldus prof. Tal Sharf, de hoofdauteur van de studie.
In de studie werd ook onderstreept dat een voorwaarde voor het ontstaan van natuurlijke tijdsequenties is dat cellen zijn geplaatst in een complexere, driedimensionale opbouw – zoals deze zich in de echte hersenschors vormt. Wetenschappers beweren dat dit niet alleen wijst op het belang van de ruimtelijke organisatie van de hersenen, maar ook dat organoïden cruciale stadia van neuronale ontwikkeling kunnen weerspiegelen.
Maar wat betekent dit voor ons en voor “toekomstige mensen”? Dergelijke observaties openen allereerst de weg naar nieuw onderzoek naar neurologische aandoeningen en kunnen ook helpen bij het opsporen van bepaalde ziekten. Want als de vroegste activiteitspatronen genetisch zijn geprogrammeerd, dan kunnen organoïden worden gebruikt om de impact van toxines te testen, ziektestructuren te analyseren en therapieën te ontwikkelen op een tijdstip dat eerder niet toegankelijk was voor observatie.
