Het verwerken van zintuiglijke informatie vereist voortdurende communicatie tussen de hersenschors en de thalamus

Onze zenuwcellen zijn omgeven door een beschermend laagje (myeline) dat ervoor zorgt dat signalen razendsnel van de ene cel naar de andere kunnen worden doorgegeven. Maar wat gebeurt er als dit laagje ontbreekt in cellen die signalen over grote afstanden moeten doorgeven? De onderzoeksgroep van Maarten Kole heeft dit vraagstuk bestudeerd in zenuwuitlopers van muizen die zich uitstrekken van de hersenschors naar de thalamus, een cruciaal schakelstation diep in het midden van de hersenen. 

Het verwerken van zintuiglijke informatie vereist voortdurende communicatie tussen de hersenschors en de thalamus. Zo’n uitwisseling vindt bijvoorbeeld plaats wanneer muizen hun omgeving aftasten met hun snorharen. Deze wisselwerking staat bekend als de corticothalamische loops.

Ook bij mensen helpen deze loops om zintuiglijke informatie te verwerken en allerlei cognitieve taken uit te voeren. Bij Multiple Sclerosis (MS) kan beschadiging van de myeline in deze loops leiden tot cognitieve klachten, zoals moeite hebben met het herinneren van bekende namen.

Een van de belangrijkste cellen voor de informatie-uitwisseling in deze loops zijn zenuwcellen die zich in de vijfde laag van de hersenschors bevinden.  “We kennen deze cellen eigenlijk heel goed, maar we wisten nog niet wat de rol was van myeline in het doorgeven van informatie aan de thalamus,” zegt Maarten Kole, groepsleider bij het Nederlands Herseninstituut.

Gerichte myeline-afbraak
Om die rol te onderzoeken, dienden de onderzoekers een toxische stof toe die myeline afbreekt. Ze verwachtten dat daardoor de volledige zenuwuitloper zijn myeline zou verliezen. In werkelijkheid bleek de afbraak alleen op te treden in het deel van de uitloper dat zich het dichtst bij het cellichaam bevond.

Dit betekent dat deze methode vooral nabootst hoe MS zich ontwikkelt in gebieden waar de cellichamen zich bevinden; de zogenoemde grijzestoflaesies. Bij zulke laesies zijn cognitieve problemen vaak ernstiger en is de prognose meestal slechter. Zo kunnen mensen met MS zich niet meer goed oriënteren, problemen ervaren met autorijden of moeite hebben om de naam van een bekend gezicht te herinneren.

Missend stukje code
De onderzoekers ontdekten dat het ontbreken van het eerste stukje myeline leidde tot een tragere en minder consistente signaaloverdracht naar de thalamus. “Dat hadden we verwacht, omdat myeline essentieel is voor een snelle signaalgeleiding,” legt Kole uit, “maar nieuw was dat we de eerste golf aan signalen kwijtraakten.”

“Je kunt het vergelijken met een barcode in de supermarkt: alleen als je de hele code scant, komt het signaal goed door. Maar mis je het eerste stukje myeline, dan sla je als het ware de eerste dikke streep van de barcode over. Hierdoor kun je het juiste product niet meer scannen.”

Onherkenbare omgeving
Maar wat is nu precies het effect van dit missende stukje code? Wanneer de snorharen van een muis een object aanraken, werken de cellen in de hersenschors als versterker van de thalamus. Deze versterking helpt de muis om nauwkeuriger te bepalen wat en waar hij iets aanraakt.

“We zagen dat de versterking nog steeds plaatsvond, maar minder precies was. Daardoor wordt de communicatie in de loop tussen deze twee hersengebieden verstoord en raken de hersenen het overzicht kwijt. De muis voelt daardoor nog wel iets met zijn snorharen, maar kan niet goed plaatsen wanneer of wat precies,” legt Kole uit.

Wat betekent dit?
Inzicht in de anatomie en werking van deze specifieke zenuwcellen is belangrijk voor vervolgonderzoek.  “We wisten al langer dat deze cellen op een bijzondere manier zijn omhuld door myeline,” vertelt Kole. “Het gaat om een van de weinige typen zenuwcellen waarbij juist het eerste gedeelte van de uitloper zo specifiek is geïsoleerd. Nu snappen we eindelijk waarvoor dat is.”

Deze kennis vormt de basis voor het begrijpen van de symptomen die optreden bij grijzestoflaesies. We weten dat het brein continu bezig is met het genereren van codes. Wanneer je myeline kwijtraakt in deze zenuwcellen, veranderen de codes en raakt de communicatie in het brein verstoord. Dit leidt tot cognitieve problemen, zoals moeite hebben met oriënteren.

Het team van Kole wil in de toekomst daarom uitzoeken hoe schade aan myeline in dit gebied hersteld zou kunnen worden, zodat de heftige symptomen die kunnen ontstaan bij grijzestoflaesies van MS hopelijk ooit kunnen worden hersteld.

Bekijk de infographic

Bron: Nederlands Herseninstituut