De meeste neuronen lijken niet één nauw afgebakende functie te hebben, maar verschillende soorten informatie tegelijk te verwerken. Dat concludeert een team rond Stefano Fusi van Columbia University in New York na onderzoek van hersenactiviteit bij meer dan honderd muizen. Alleen in gespecialiseerde zintuiglijke hersenschorsgebieden, zoals de primaire visuele cortex, vonden de onderzoekers tijdens de uitgevoerde taak duidelijk gespecialiseerde cellen. Elders reageerden neuronen op uiteenlopende onderdelen van het kijken, beslissen en bewegen. Daarmee verschuift de aandacht van afzonderlijke opvallende zenuwcellen naar activiteitspatronen in grotere netwerken.
- De analyse gebruikte gegevens over individuele neuronen in de hersenen van meer dan honderd muizen.
- De muizen moesten een beeld links of rechts op een scherm vinden en met een wiel naar het midden verplaatsen.
- Volgens de onderzoekers waren gespecialiseerde neuronen bij deze taak vooral te vinden in specifieke zintuiglijke hersenschorsgebieden.
- Het team onderzoekt nu met andere wetenschappers of de uitkomsten ook gelden voor primaten en mensen.
Het resultaat botst met een vertrouwd beeld van de hersenen als een verzameling cellen met afzonderlijke beroepen. Bekende voorbeelden zijn plaatscellen, die actief worden bij een bepaalde locatie, en spiegelneuronen, die mogelijk een rol spelen bij het interpreteren van gedrag. Er zijn zelfs neuronen gevonden die reageren op uiteenlopende verwijzingen naar Jennifer Aniston.
Fusi benadrukt dat zulke gespecialiseerde neuronen wel degelijk bestaan. Volgens hem vormen ze alleen eerder de uitzondering dan de regel en kunnen de minder opvallende, veelzijdige cellen minstens zo belangrijk zijn.
Eerdere aanwijzing groeit uit tot breed patroon
Fusi zag in een studie uit 2013 al zogenoemde neuronen met ‘gemengde selectiviteit’ in de hersenen van apen. Zulke cellen reageren gelijktijdig op meerdere invoersignalen die met een taak samenhangen. Destijds was nog niet duidelijk hoe algemeen dit verschijnsel in het zoogdierenbrein voorkwam.
Voor het nieuwe onderzoek gebruikte het team gegevens van het International Brain Laboratory. Daarin is de activiteit van individuele neuronen uit verschillende delen van muizenhersenen vastgelegd terwijl de dieren een beslissingstaak uitvoerden. De muizen zochten een beeld aan de linker- of rechterkant van een scherm en draaiden snel aan een wiel om het naar het midden te brengen.
Buiten de visuele cortex bleken neuronen niet alleen mee te reageren op het beeld. Hun activiteit hield ook verband met de beslissing over de positie ervan en met de beweging die nodig was om het wiel te draaien.
Dit betekent dat activiteit in één neuron niet zonder meer kan worden uitgelegd als bewijs voor één exclusieve functie.
Verschillen tussen cellen kunnen informatiecapaciteit vergroten
Ook wanneer neuronen op dezelfde prikkel reageerden, deden ze dat doorgaans niet op precies dezelfde manier. Gebieden die betrokken zijn bij het plannen van bewegingen reageerden bijvoorbeeld sterk op likken en bewegingen van de snorharen. Andere hersengebieden reageerden eveneens, maar minder krachtig.
Die variatie kan volgens de onderzoekers de hoeveelheid informatie vergroten die de hersenen kunnen verwerken. Veelzijdige neuronen zouden daardoor kunnen bijdragen aan onder meer geheugen, waarneming, cognitie en besluitvorming. Neuronen communiceren bovendien niet geïsoleerd: Fusi wijst erop dat een zenuwcel via zijn dendrieten signalen ontvangt van duizenden andere cellen.
Voor hersenonderzoek impliceert de uitkomst dat patronen over veel neuronen mogelijk meer inzicht geven dan de zoektocht naar één opvallende ‘specialist’.
Ben Hayden van Baylor College of Medicine ziet de omvang van de analyse als een belangrijk argument. Volgens hem zijn ongeveer 14.000 neuronen bekeken zonder dat buiten de betrokken zintuiglijke gebieden op grote schaal specialisatie werd gevonden.
Eenvoudige muizentaak beperkt de conclusie
De onderzoekers plaatsen zelf een duidelijke kanttekening: de opdracht voor de muizen was niet bijzonder complex. Bij moeilijkere taken met meerdere dimensies kan mogelijk beter worden vastgesteld wanneer een neuron zijn reactie sterker op één aspect richt dan op een ander.
Ook is nog niet duidelijk of het patroon bij mensen hetzelfde is. Fusi’s team werkt daarom samen met onderzoekers die niet-menselijke primaten bestuderen en met wetenschappers die metingen verrichten bij patiënten die tijdens een open hersenoperatie bij bewustzijn zijn, bijvoorbeeld bij een behandeling voor epilepsie.
Verandert deze brede rol van neuronen volgens u het beeld van hoe het brein informatie verwerkt? Deel uw visie hieronder.
