Nieuwe Neurale Code in Hippocampus Ontdekt voor Afstandsmeting

Wetenschappers hebben een voorheen onbekend mechanisme blootgelegd dat de hersenen gebruiken om de afgelegde afstand te registreren. Dit mechanisme berust op een geleidelijke verschuiving in de elektrische activiteit van neuronen. Dit proces, bekend als padintegratie, is van cruciaal belang. De verstoring ervan manifesteert zich namelijk vaak in de vroege stadia van aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer, wat leidt tot desoriëntatie bij patiënten.

Een onderzoeksteam van het Max Planck Florida Institute for Neuroscience (MPFI) in Jupiter, Florida, voerde experimenten uit waarbij muizen werden getraind in een virtuele omgeving zonder externe visuele oriëntatiepunten. Dit dwong de dieren om uitsluitend te vertrouwen op hun eigen bewegingssensaties om de afgelegde afstand nauwkeurig in te schatten. Tijdens dit onderzoek, waaraan promovendus Raphael Heldman en hoofdauteur en groepsleider Xue-Bing Wang deelnamen, werden de elektrische signalen van duizenden neuronen in de hippocampus geregistreerd – een hersengebied dat bekend staat om zijn 'plaats-cellen'.

De analyse wees uit dat de meerderheid van de neuronen geen specifieke locatie of tijdstip codeerde. In plaats daarvan vertoonden ze een van twee tegengestelde patronen van oplopende activiteit, die direct verband hielden met de afgelegde afstand. Eén populatie neuronen begon met een hoge vuurfrequentie die geleidelijk afnam naarmate de muis bewoog. Een andere groep liet de omgekeerde dynamiek zien, waarbij de activiteit langzaam toenam naarmate de afstand groter werd.

Deze twee typen oplopende activiteit vormen samen een tweefasige code. Een snelle initiële verandering signaleert het begin van de beweging, gevolgd door een langzamere helling die dient om de afgelegde afstand te tellen. Dit is een fundamentele ontdekking voor ons begrip van hoe het brein afstand bijhoudt.

Het belang van dit mechanisme werd overtuigend aangetoond toen de onderzoekers optogenetica gebruikten om de werking van deze neurale circuits te verstoren. Dit resulteerde onmiddellijk in een storing in het vermogen van de muizen om de afstand correct in te schatten. De publicatie, gedateerd eind 2025, specificeerde ook de cellulaire componenten: interneuronen die somatostatine (SST) tot expressie brengen, beïnvloeden de eerste groep oplopende neuronen, terwijl interneuronen die parvalbumine (PV) tot expressie brengen, de tweede groep moduleren.

Inzicht in de mechanismen achter ruimtelijke navigatie is van groot belang, aangezien een verminderde functie van padintegratie vaak een van de vroegste indicatoren is van de ziekte van Alzheimer. Het Max Planck Florida Institute, dat het eerste en enige instituut van de Max Planck Vereniging in Noord-Amerika is, zet zich voortdurend in voor de studie van de structuur en functie van neurale circuits. De toekomstige inspanningen van het team zullen zich richten op het nauwkeurig ontrafelen van de generatie van deze oplopende patronen. Dit zou een vollediger verklaring kunnen bieden voor hoe een momentane ervaring wordt omgezet in een duurzame herinnering.