Nieuwsbrief

Blijf wekelijks op de hoogte van het beste uit De Kennis van Nu en het laatste nieuws!

MELD JE AAN
zombiemuis

Het brein zit vol wonderen. Het bestuurt ons lichaam, laat ons nadenken en bepaalt ons karakter. In de hersenen zitten ook verschillende ‘schakelaars’. Als je deze hersengebieden stimuleert, leidt dat tot specifiek gedrag. Wetenschappers hebben op die manier controle gekregen over het jachtgedrag van muizen. Dat deden ze met optogenetics: het schijnen van een lampje in de hersenen.

Optogenetics is een relatief nieuwe methode binnen de hersenwetenschap om gecontroleerd hersengebieden te activeren of juist stil te leggen. Dit doen wetenschappers met behulp van licht. In de natuur komen lichtgevoelige eiwitten voor.  De genen van die eiwitten kunnen onderzoekers inspuiten in muizen. Deze eiwitten werken als kanalen: ze gaan ‘open’ bij bepaalde kleuren licht en ‘dicht’ bij andere kleuren.

Lampje in de hersenen

Door het gen in te brengen in muizenhersenen kunnen de zenuwcellen met de juiste bouw het eiwit produceren. Aan dit gen maken de onderzoekers vaak ook een ander, fluorescerend eiwit vast. Deze eiwitten hebben namen als GFP (Green Fluorescent Protein, geeft een groene kleur) of mCherry (geeft een kersenrode kleur). Dit zijn zogenaamde label-eiwitten. Ook deze eiwitten zijn lichtgevoelig, waardoor de geactiveerde gebieden in de muizenhersenen zullen oplichten.

Vervolgens brengen de onderzoekers een lampje in de buitenste laag van de muizenhersenen. Met de ene kleur licht activeren ze de neuronen, met de andere kleur licht leggen ze de werking stil. Met behulp van het fluorescerende eiwit kunnen ze dan heel precies bepalen welk hersengebied verantwoordelijk is voor welk gedrag.

Zombie-muizen?

In het onderzoek dat deze week verschijnt in Cell hebben wetenschappers deze techniek gebruikt om het jachtgedrag van muizen te activeren. Muizen zijn alleseters: ze eten graag zaden en noten, maar ook insecten en larven. Typische gedragingen die bij de jacht horen zijn kauwbewegingen en achtervolgingen. Door optogenetics te gebruiken ontdekten de onderzoekers dat de centrale amygdala, het hersengebied dat verbanden legt tussen informatie en emoties, een belangrijke rol speelt bij deze twee typen gedrag.

Ze lieten hiervoor muizen in een kooitje samen met insecten, dopjes en andere prooi-achtige objecten. De centrale amygdala bleek pulsen te sturen naar de hersenstam (die spierbewegingen in nek en gezicht regelt) voor de kauwbewegingen en naar de middenhersenen (dat coördineert voor motorische reflexen) voor achtervolgingsgedrag. Als de onderzoekers de pulsenstroom naar de hersenstam uitschakelden met licht, bleven de muizen hun prooi achtervolgen, maar beten ze er niet in. Omgekeerd konden de onderzoekers door de projecties naar de middenhersenen uit te zetten de muizen onmiddellijk kauwbewegingen laten maken.

De onderzoekers refereerden zelf naar hun muizen als zombies uit ‘The Walking Dead’. Het kan er dan ook een beetje griezelig uitzien, zo’n plotselinge gedragsverandering. Maar eigenlijk is het een ontzettend interessant fenomeen. Pieter Roelfsema, directeur bij het Nederlands Herseninstituut, is enthousiast over de studie. ‘Optogenetics is een van de belangrijkste ontwikkelingen van de afgelopen tien jaar. Ik ken eigenlijk geen artikelen waar ze laten zien dat zulke complexe gedragingen gestuurd kunnen worden vanuit één bepaald gebied.’

Lampje tegen depressie

Volgens Roelfsema is het in de toekomst – ‘Maar daar zijn we absoluut nog niet, dus wat ik nu zeg is speculatie’ – mogelijk deze techniek te gebruiken om mensen met hersenziektes te behandelen. Een lampje in de hersenen? ‘Waarom niet. Het is al mogelijk bekabeling netjes weg te werken in de hersenen. Een pacemaker kan zorgen dat het lampje blijft functioneren. Of je gebruikt chemogenetics, dat doen ze in deze studie ook.’ Daarbij zorgt het geneesmiddel CNO, dat van nature niet in mensen voorkomt, dat bepaalde cellen actief of juist geremd worden.

Ziektes die mogelijk baat hebben bij deze specifieke zenuwcel-manipulatie zijn patiënten die lijden aan Parkinson, dwangneuroses, eetstoornissen en wellicht zelfs Alzheimer en depressie. Roelfsema: ‘Eetgedrag is ook heel genetisch aangelegd, er zijn bepaalde celkernen die ervoor zorgen dat je meer of minder gaat eten. Voor depressie is dat nog minder duidelijk, maar ook daar lijkt stimulatie van bepaalde hersenstructuren te helpen.’ Vooralsnog is deze revolutionaire methode helaas nog niet binnen handbereik.

Kijk hieronder naar een video van hoe het experiment eruit ziet. Waarschuwing: de beelden kunnen als confronterend ervaren worden.

Han et al, ‘Integrated control of predatory hunting by the central nucleus of the amygdala’. Cell, (2017).

Muizenonderzoek