Synapsen verzenden elektrische signalen. Svitlana Pavliuk

Tijdens de eerste weken van het nieuwe jaar gaan resoluties vaak gepaard met pogingen om nieuw gedrag te leren dat de gezondheid verbetert. We hopen dat oude slechte gewoonten verdwijnen en nieuwe gezonde gewoonten automatisch worden.

Maar hoe kunnen onze hersenen opnieuw worden geprogrammeerd om te zorgen dat een nieuwe gezondheidsgewoonte kan worden geleerd en behouden?

Hebbian Learning

In 1949, Canadese psycholoog Donald Hebb stelde de theorie van Hebbian learning voor om uit te leggen hoe een leertaak wordt getransformeerd in een langetermijngeheugen. Op deze manier worden gezonde gewoonten automatisch behouden na hun voortdurende herhaling.

Leren en geheugen zijn een gevolg van hoe onze hersencellen (neuronen) met elkaar communiceren. Wanneer we leren, communiceren neuronen door moleculaire transmissies die over synapsen springen en een geheugencircuit produceren. Bekend als lange termijn potentiëring (LTP), hoe vaker een leertaak wordt herhaald, hoe vaker de transmissie doorgaat en hoe sterker een geheugenschakeling wordt. Het is dit unieke vermogen van neuronen om synaptische verbindingen te creëren en te versterken door herhaalde activering die leidt tot Hebbian leren.

Geheugen en de hippocampus

Het brein begrijpen vereist onderzoek door verschillende benaderingen en uit een verscheidenheid aan specialiteiten. Het veld van de cognitieve neurowetenschap dat aanvankelijk werd ontwikkeld via een klein aantal pioniers. Hun experimentele ontwerpen en observaties leidden tot de basis voor hoe we vandaag leren en geheugen begrijpen.

Bijdragen van Donald Hebb aan de McGill University blijven de drijvende kracht achter het geheugen. Onder zijn supervisie, neuropsycholoog Brenda Milner bestudeerde een patiënt met een verminderd geheugen na een lobectomie. Verdere studies met neurochirurg Wilder Penfield stelde Milner in staat haar onderzoek naar geheugen en leren uit te breiden bij patiënten die een hersenoperatie volgden.

Milner's doorbraak vond plaats toen hij een patiënt bestudeerde die de hippocampus aan beide kanten van de hersenen had verwijderd, wat leidde tot geheugenverlies. Ze merkte dat de patiënt nog steeds nieuwe taken kon leren, maar deze niet kon overbrengen naar langetermijngeheugen. Op deze manier, de hippocampus werd geïdentificeerd als de locatie die nodig is voor de overdracht van kortetermijngeheugen naar langetermijngeheugen waar Hebbian learning plaatsvindt.

In 2014, op de leeftijd van 95, won Milner de Noorse Kavli-prijs in neurowetenschap voor haar 1957 ontdekking van het belang van de hippocampus voor het geheugen.

Ook beloond met de Kavli in 2014 was neurowetenschapper John O'Keefe, die ontdekte dat de hippocampus ook plaats cellen om een ​​te maken cognitieve kaart waardoor we van de ene naar de andere locatie kunnen gaan via ons geheugen. O'Keefe ontving ook de 2014 Nobelprijs voor de geneeskunde.

Dat herhaalde neuronale activering in de hippocampus daadwerkelijk leidt tot geheugen werd ontdekt door neurowetenschapper Tim Bliss; voor dit onderzoek ontving Bliss de De Brain Prize van de Lundbeck Foundation in 2016.

Milner, Bliss en O'Keefe hebben samen het paradigma van Hebb en zijn beroemde axioma opgesteld: 'neuronen die samen vuren, samen draad maken'.

Geheugen in niet-menselijke dieren

Belangrijke vorderingen in niet-menselijke organismen leren ons over geheugenmechanismen die op mensen kunnen worden toegepast. Eric Kandel, Universiteit van Columbia, ontving de prijs 2000 Nobelprijs voor de geneeskunde voor zijn scherpzinnige keuze van de zeeslak (Aplysia) om het Hebbian-leren te begrijpen.

Kandel produceerde overtuigend bewijs dat geheugen een gevolg was van de herhaalde signalering naar een neuron die reageerde op een leertaak die de productie van ribonucleïnezuur (RNA) zou veroorzaken. Het eindresultaat was nieuwe eiwitexpressie die leidde tot toename van synaptische verbindingen.

{youtube}ZAIb8sC9dAo{/youtube}

De volgende sprong voorwaarts deed zich voor bij McGill toen hij moleculair bioloog was Nahum Sonenberg ontdekt een sleutelmechanisme dat de geheugenvorming in de hippocampus reguleert, namelijk de eiwitsynthese initiatie factor. De ontdekking onthulde dat tijdens de geheugenvorming, de proteïnesynthese-initiatiefactor in neuronen van de hippocampus de herprogrammering beïnvloedt die nodig is voor het genereren van de "bedrading" van nieuwe synaptische verbindingen.

Een geheugenpil?

Het werk van Sonenberg schudde de wereld van wetenschappers aan het werken aan hoe de eiwitsynthese werd gecontroleerd. Een van de meest prominente in het veld, moleculair bioloog Peter Walter werd gecontacteerd door Sonenberg. Samen identificeerden ze een chemische verbinding ze ISRIB genoemd dat zou dezelfde proteïnesynthese-initiatiefactor beïnvloeden waarvan het belang door Sonenberg werd ontdekt.

De resultaten waren spectaculair, met een verbazingwekkende verbetering van het geheugen bij muizen na toediening van ISRIB. Walter heeft dit nu uitgebreid met geheugenherstel bij muizen die herstellen van hersentrauma.

Tegenwoordig worden alle vorderingen gretig onderzocht, omdat geheugenstoornissen bij mensen - van leeftijdsgebonden geheugenstoornissen tot dementie tot de ziekte van Alzheimer - bij ouderen in de buurt van pandemische niveaus zijn. Volgens schattingen van de Wereldgezondheidsorganisatie worden jaarlijks 10 miljoen patiënten gediagnosticeerd met dementie met een totaal globaal cijfer geschat op 50 miljoen.

Over de auteur

John Bergeron, Emeritus Robert Reford Professor en hoogleraar Geneeskunde, McGill University. John Bergeron erkent dankbaar Kathleen Dickson als co-auteur.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon