Onderzoekers verbeteren geheugen bij ratten via implantaat

Wetenschappers van Amerikaanse universiteiten hebben een breinimplantaat ontwikkeld waarbij een neuronaal signaleringspatroon nagebootst wordt. Door implantatie in de hersenen kan hierdoor het geheugen worden verbeterd.

Het implantaat, dat met korte elektrische pulsen werkt, wordt geïmplanteerd nabij het hersengebied wat de hippocampus wordt genoemd, schrijft de New York Times. De elektroden werden geplaatst bij twee specifieke gebieden in de hippocampus, die CA1 en CA3 worden genoemd. De ratten in het experiment bleken iets te kunnen onthouden als deze twee gebieden met elkaar kunnen communiceren. Wanneer wetenschappers het functioneren van hersengebied CA1 afremmen blijkt de rat geen nieuwe herinneringen meer te kunnen vormen. Wanneer het signaleringspatroon wat CA1 afgeeft echter wordt nagebootst door de elektroden in het implantaat, blijkt het geheugen weer normaal te kunnen functioneren.

Voor het experiment gebruikten de onderzoekers ratten die twee hefbomen in moesten drukken om water te krijgen. Daarvoor moesten de proefdieren onthouden dat ze de eerste hefboom al in hadden gedrukt, om daarna op de tweede te drukken. Onderzoekers leidden de ratten af nadat de eerste hefboom werd ingedrukt, om daarna te kijken of de beesten onthouden wat ze gedaan hebben, en dus direct de tweede hefboom indrukken. De ratten bleken het kunstje prima te kunnen leren onder normale omstandigheden. Wanneer hersengebied CA1 "offline" werd gehaald bleken ze het niet te kunnen onthouden, en met het implantaat wat CA1-signalering nabootst konden zij het wel weer.

Daarnaast blijkt dat ratten die gestimuleerd worden met de elektroden minder snel het kunstje met de hefbomen vergeten. Onder normale omstandigheden bleek 40 procent van de ratten het hefboomsysteem te zijn vergeten na een bepaalde tijd, terwijl met elektrodenstimulatie in diezelfde tijd slechts 10 procent van de ratten vergeten was hoe de hefbomen werkten.

Het is onduidelijk of het systeem op deze manier ook bij mensen kan worden gebruikt. Uit onderzoek is al gebleken dat er meer hersengebieden betrokken zijn bij het vormen en in stand houden van het geheugen. Onder andere de prefrontale cortex, die met name betrokken is bij cognitieve processen, speelt daarbij een rol. Daarnaast zou volgens een theorie die het tweestapsmodel wordt genoemd het gevormde geheugen in de hippocampus tijdens de slaap verplaatst worden naar gebieden in de hersenschors. Er wordt gesuggereerd dat dit proces er uiteindelijk voor zorgt dat herinneringen in het brein fysiek vastgelegd worden.

Het lijkt tevens niet aannemelijk dat het principe van elektrodenimplantaten ook gebruikt kan worden bij patiënten die herinneringen van vroeger kwijt zijn door breinschade: in het onderzoek met de ratten werd het systeem alleen gebruikt om nieuwe herinneringen aan te maken op basis van een opgenomen signaleringspatroon. Daarnaast blijkt dat patiënten met schade aan de hippocampus veelal niet in staat zijn om nieuwe herinneringen te vormen, maar dat bestaande herinneringen blijven bestaan. Wetenschappers hopen uiteindelijk met implantaten geheugenschade, bijvoorbeeld veroorzaakt door dementie, beroertes of hersenbloedingen, te repareren.