De neuroplasticiteit van het connectoom

Ons brein bestaat uit 86 miljard neuronen die op bijna ontelbare wijzen met elkaar verbonden zijn. Het totaal aan verbindingen wordt het connectoom genoemd. Het bepaalt (mede) hoe wij zaken interpreteren en hoe we erop reageren. Deze verbindingen veranderen constant en het is dus plastisch. De neuroplasticiteit is een basis van hoop en wanhoop. Het heeft invloed op onze vrijheid is daarmee van belang voor vitaliteit.

Nieuwe functies voor blinden

Het veranderlijke brein
Neuroplasticiteit is een parapluterm voor alle mogelijkheden die ons brein heeft om zichzelf aan te passen. Ruim een half eeuw geleden, was de notie dat het brein kon veranderen, nog vloeken in de kerk. De hersenen hadden vaste onderdelen van met vaste functies en de wetenschapper Brodmann bracht de cerebrale cortex in kaart door deze te verdelen in 52 regionen met vaste functies. Regio 17 is bijvoorbeeld toegwezen aan het verwerken van visuele informatie, terwijl de beweging onder controle staat van Brodmann gebied nummer 4, de primaire motorcortex. Onderzoekers wilden nog accepteren dat het jonge brein kneedbaar was, maar dat het uiteindelijk een vaste vorm zou aannemen, zodra we onze kindertijd achter ons lieten. De overtuiging was dat we geboren werden met een vast aantal hersencellen en dat het afsterven van die cellen, zou betekenen dat alle daarmee verbonden functies voorgoed zouden verdwijnen (Rozenzweig MR 1996). Het kan niet verder van de waarheid liggen, aangezien het volwassen brein, in reactie op stimuli van wat we doen en ervaren, een leven lang kan aanpassen. Ons brein is gemaakt om te veranderen.

Duidelijke signalen van de kneedbaarheid kwam van onderzoek bij blinden. Een tot de verbeelding sprekend voorbeeld is echolocatie van blinden, die met behulp van het klikken met hun tong of het stampen met hun voeten, een idee kunnen verkrijgen van hun omgeving. Hersenonderzoek toont aan dat de geluidsinformatie verwerkt wordt met het visuele verwerkingsdeel van het brein en niet met het auditieve deel. Andere delen van het brein worden dus ingezet voor de ontwikkeling van nieuwe functies.

Synaptische veranderingen zijn snel en neurogenesis is langzaam

Synaptische plasticiteit en neurogenesis
De meeste bekende vorm van neuroplasticiteit is de synaptische verbinding tussen twee of meerdere hersencellen. Deze verbindingen zijn dynamisch, maar als er een herhalende stimulus is, dan zullen dezelfde verbindingen sterker worden. Elk moment vinden er miljoenen synaptische modificaties plaats. Synaptische verbindingen worden gelegd, gesnoeid of versterkt. Het is algemeen aanvaard dat het menselijk geheugen het product is van synaptische verbinden, maar het bewijs is conflicterend. Huidige beeldvormende apparatuur is nog te primitief om dit in actie te kunnen bestuderen. Naast de synaptische volatiliteit is er ook nog ontdekt dat het volwassen brein nieuwe hersencellen kan aanmaken, neurogenesis, zoals dat heet. Het eerste bewijs kwam van kanaries die elk seizoen een nieuw liedje leren fluiten. De grootte van hun brein fluctueert per seizoen en na het paarseizoen sterft een groot deel van de neuronen, die in het voorjaar weer worden geregenereerd. Inmiddels is duidelijk dat ook het volwassen menselijke brein, bijvoorbeeld in de hippocampus, 700 nieuwe hersencellen per dag produceert (Spalding KL 2013). Het is onduidelijk of deze nieuwe cellen daadwerkelijk een belangrijke rol kunnen spelen in nieuwe functies, maar met een vernieuwing van net meer dan een procent per jaar in de hippocampus, is het duidelijk dat verandering via nieuwe cellen, de langzame weg is.

Vrijheid of verdoemenis, ligt het besloten in ons connectoom?

De (wan)hoop van neuroplasticiteit
Neuroplasticiteit is slecht begrepen en is mede daarom een hype geworden. Sommigen geloven dat het magische helingskrachten heeft en andere schrijven er de wonderlijke ervaringen van new-age therapieën aan toe. Het is ook een mantra geworden voor motivatiesprekers, businessgoeroes en coaches die vinden dat de beste versie van jezelf niet eens het hoogst haalbare is. Veel van deze claims zijn gebaseerd op feiten die uit de context worden gepresenteerd of zelfs zijn verzonnen. Het is de verkoop van hoop en maakbaarheid, zonder wetenschappelijk fundament, terwijl er duidelijk biologische grenzen zijn.

Neuroplasticiteit kan niet alleen hoop bieden, want het heeft duidelijk een keerzijde. Depressie, maar ook chronische pijn worden in verband gebracht met neuroplasticiteit. Het verklaart waarom het verhogen van serotonine niet bijdraagt aan genezing van depressie. Het verklaart waarom men pijn kan blijven voelen in afwezigheid van schade. Het verklaart waarom verslaving zo moeilijk van je af te schudden is. Het brein heeft zich aangepast en reageert vanuit zijn huidige staat van zijn. Ook dat is het product van neuroplasticiteit en het drijft mensen tot wanhoop. De snelheid waarmee dit gekeerd kan worden, is veel lager dan men op basis van synaptische flexibiliteit kan verwachten. Men vermoedt daarom dat een eventuele genezing een gevolg is van neurogenesis, dat bij volwassen veel trager is dan in de jeugd. Snelle spectaculaire veranderingen zijn dan ook niet te verwachten.

Het is duidelijk dat er biologische grenzen zijn aan neuroplasticiteit, maar het is ook duidelijk dat de vorming gestuurd wordt door functie. Repeterende acties, gevoelens en denkbeelden beïnvloeden de neuroplasticiteit. Inflammatie, inactiviteit en stress sturen de vorming van het connectoom, evenals succes, het hebben van goede relaties en sportspecifieke training. Medicatie neemt, bij chronische pijn en depressie, deels de biologische kant voor zijn rekening, maar er is ook duidelijk nieuw gedrag nodig dat getraind dient te worden. Het connectoom vormt zich naar functie. Neuroplasticiteit is daarom niet alleen neurologisch, het is psychoneurobiologisch.

Wat als je prefrontale cortex doorboord wordt door een ijzeren staaf?

Zijn wij ons connectoom?
Een groot deel van de inrichting van ons brein vindt plaats in de baarmoeder, zo stelt neurobioloog Dick Swaab, maar het betekent niet dat het daar bij blijft. De verbindingen veranderen, de cellen veranderen, waardoor er weer andere verbindingen mogelijk zijn. Door de snelheid van de synaptische aanpassingen, lijken we ons brein nooit op dezelfde manier te gebruiken. Het is dus nog maar de vraag of we ons brein zijn, of het totaal van onze verbindingen, het connectoom. Daar wordt op dit moment onderzoek naar gedaan, maar het lijkt een onmogelijke opgave om dit te bewijzen. Wat we wel weten is dat veel van onze functies en reacties het gevolg zijn van verbindingen. Een aansprekende en wereldberoemde casus is die van Phineas Cage, een gerespecteerde voorman wiens prefrontale cortex doorboord werd door een ijzeren staaf. Hij verloor zijn impulscontrole, waardoor hij ongeremd, handtastelijk en agressief werd. Kortom, hij verloor zijn persoonlijkheid en daarmee zijn baan en zijn huwelijk. Het heeft ons veel geleerd over de rol van de prefrontale cortex bij impulscontrole. Minder bekend is echter dat de man uiteindelijk vertrok naar Chili en daar een bestaan opbouwde met toeristenwerk (Van Horn JD 2012) . Dat lijkt onwaarschijnlijk zonder impulscontrole en het is aannemelijk dat hij door neuroplasticiteit opnieuw heeft leren functioneren. Het sterkt alleen maar het idee dat wij niet ons brein zijn, maar ons connectoom.

Een onderzoeker die op animerende wijze uitlegt wat zijn zoektocht naar het connectoom inhoudt.

Conclusie
Veranderen is moeilijk en onze sterkste gewoontes blijven ons ongemerkt sturen. Toch suggereert het totaal aan bewijs dat we kunnen veranderen en dat het leggen van nieuwe verbindingen, al dan niet via nieuwe hersencellen, dit mogelijk maakt. Het totaal aan verbindingen, het connectoom, is plastisch. Deze veranderingen kunnen ons meer vrijheid kan geven of juist inperken. Het is om die reden dat veranderingen van het connectoom door onze acties en denkbeelden, invloed heeft op onze vitaliteit.

Redactionele noot

Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, worden opgeslagen of openbaar gemaakt in enige vorm of op enige wijze zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.

Geraadpleegde bron(nen)

• Rosenzweig MR (1996) Aspects of the search for neural mechanisms of memory. Annu Rev Psychol. 1996;47:1-32. Review.
• Spalding KL (2013), Bergmann O, Alkass K, e.a. Dynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans. Cell. 2013 Jun 6;153(6):1219-27.
• Van Horn JD (2012), Irimia A, Torgerson CM, e.a. Mapping connectivity damage in the case of Phineas Gage. PLoS One. 2012;7(5):e37454.