Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

De evolutie van onze cognitieve vermogens

Gedurende de ontwikkelingsgeschiedenis ofwel ontogenese van de mens ontwikkelen de hersenen en de cognitieve vermogens zich parallel. Dit brengt een fenotype voort dat duidelijk verschilt met dat van andere primaten. Ook als we ons beperken tot onze meest verwante primaat, de chimpansee, dan blijven er grote verschillen bestaan. Dit

De menselijke hersenen

De menselijke hersenen. Van internet.

ondanks het feit dat ons genoom slechts zo’n 1,2 % verschilt met dat van de chimpansee. Dit verschil brengt onze evolutiegeschiedenis terug naar 4 – 6 miljoen jaar. Deze periode wordt als relatief kort beschouwd voor de ontwikkeling van de cognitieve vermogens van de mens omdat de verschillen met de cognitieve en culturele vermogens van de chimpansee aanzienlijk zijn. Maar er bestaan genetische mechanismen die kleine verschuivingen in de timing van de ontwikkelingsfasen teweeg kunnen brengen.

Gedurende de eerste levensjaren blijven de menselijke cognitieve vermogens zich ontwikkelen en absorbeert hij informatie en ervaringen vanuit de omgeving. Daarmee overtreft hij in hoge mate de capaciteiten van onze meest verwante primaten. Nu hebben onderzoekers gevonden dat de expressie van bepaalde genen die belangrijk zijn gedurende de ontwikkeling van de hersenen bij de mens een hoogtepunt bereiken rond het vijfde levensjaar. Het gaat daarbij om genen die verantwoordelijk zijn voor de vorming van synapsen. Synapsen zijn de contactpunten tussen neuronen. Er kunnen zich duizenden synapsen vormen vanuit één zenuwcel. Ze vergeleken deze groei van synapsen in de prefrontale cortex (PFC), evolutionair gezien een relatief jong hersendeel, met die van het cerebellum, een relatief oud of antiek hersendeel. Het cerebellum is voornamelijk verantwoordelijk voor beweging en coördinatie, terwijl de PFC verantwoordelijk is voor de cognitieve functies en emoties. Het blijkt dat de expressie van de genen voor synapsen in de PFC een hoogtepunt bereikt rond het eerste levensjaar in de chimpansees terwijl dat punt bij de mens rond het vijfde levensjaar ligt. Deze verschuiving werd niet waargenomen in het cerebellum, het antieke hersendeel. Deze gegevens tonen aan dat de rijping van de PFC in de mens langer duurt.

Synapsen

Synaps tussen twee neuronen. Van internet


Er werden ook Makaken bestudeerd om te zien of dit verschil in rijping bij de mens een nieuw geëvolueerde eigenschap was of een verschuiving in de timing van een reeds bestaand mechanisme. Het blijkt uit bestudering van foetussen van de makaak dat de expressie-patronen in de PFC hetzelfde zijn bij de makaak en de mens, maar dat er ook hier een verschuiving bestaat in de timing van expressie.

De auteurs beweren dat hun bevindingen suggereren dat het menselijk brein bijzonder plastisch blijft en onderhevig is aan input uit de omgeving gedurende de eerste vijf levensjaren. Deze studie laat een van de belangrijk mechanismen zien dat mogelijk betrokken is bij de evolutie van de menselijke cognitie. Ze veronderstellen dat de verschuiving van timing vooral plaatsvond na de afsplitsing met de Neanderthalers.

Het was ook uit andere studies duidelijk dat synapsen zich vooral vormen rond het vijfde levensjaar in de mens, rond het eerste levensjaar in de chimpansee en rond de geboorte in makaken.

Ik blogde al eerder over de rijping van de hersenen in verband met het mechanisme van ‘pruning’ ofwel het snoeien van synapsen na deze explosieve groei rond het vijfde levensjaar. Deze laatste studie werd uitsluitend uitgevoerd op de mens. Het zou in dit verband interessant zijn te weten hoe en wanneer dit proces van ‘pruning’ zich voltooit in de chimpansee en de makaak.

Uit: Genome Research en Eurekalert

Met dank aan Harry Pinxteren.

21 Reacties op “De evolutie van onze cognitieve vermogens

  1. Aad Verbaast februari 17, 2012 om 19:41

    == bijzonder plastisch blijft en onderhevig is aan input uit de omgeving gedurende de eerste vijf levensjaren ==
    Wat zou Dick Swaab hier van vinden? Die er van uitgaat dat alles al is voorgeprogrammeerd.

    • Marleen februari 17, 2012 om 19:50

      @Aad, ik heb hem nog niet gelezen. Wat ik via interviews met hem hoorde, was dat er al veel vastgelegd wordt gedurende de zwangerschap. Het brein wordt inderdaad gewired ook in die periode, maar dit proces kan eenvoudigweg doorgaan na de geboorte. Dat we er daarna niet erg veel meer zouden bijleren kan hij haast niet beweerd hebben.

    • Aad Verbaast februari 18, 2012 om 11:59

      == Dat we er daarna niet erg veel meer zouden bijleren kan hij haast niet beweerd hebben. == Hij heeft wel die naam dat te beweren, en beweert dat ook. Als je zijn boek goed leest spreekt hij zichzelf daarin wel tegen overigens.

  2. harry pinxteren februari 17, 2012 om 22:41

    klopt marleen.
    Wat ik van Swaab weet en gehoord heb, is dat hij ook altijd zeer voorzichtig is, veel slagen om de arm houdt, zeker als het gaat om de ontwikkeling, i.c. de bedrading van de prefrontale cortex waar we onze ‘hogere’ cognitieve functies vinden. We hebben het hier over ons ‘connectoom’ en dat dat is heel wat anders dan ons genoom, zoals bijv Lichtman, J; Sanes, J (2008). “Ome sweet ome: what can the genome tell us about the connectome?”. Current Opinion in Neurobiology 18 (3): 346–53. doi:10.1016/j.conb.2008.08.010. PMC 2735215. PMID 18801435 hebben laten zien. Naast genomics heb je tegenwoordig connectomics en zelfs ook al ‘culturomics’.
    Natuurlijk bepalen onze genen dat we een connectome hebben en dat we (kunnen) denken, maar ze bepalen niet wat er in ons connectoom zit en wat we (kunnen) denken. Tenminste, denk ik – om het maar even kort samen te vatten en een balletje op te gooien.

    • Marleen februari 18, 2012 om 15:58

      @Harry, ik neem aan dat we ervan uit kunnen gaan dat zolang de hersenen nog zo plastisch zijn zoals gedurende de eerste vijf levensjaren, maar ook flink wat jaren daarna, we erg veel kunnen leren. Wat we leren hangt van onze ervaring, educatie af en dat bepaalt hoe en wat we vervolgens denken.
      Ik zie het persoonlijk als een lichte beroepsdeformatie om als beroemd neurowetenschapper het brein als verklaring te geven voor alles wat ons ‘overkomt’. Een endocrinoloog zou kunnen zeggen, en met misschien wel meer recht, dat onze manier van leven geheel bepaald wordt door hormonen.
      Het moet wel benadrukt worden, dat onze genen heel bepalend zijn voor het connectoom, zoals we laatst opnieuw zagen in die studie waarin een handvol genen receptoren ‘maakten’ die de groeiende axon leidde. Het genoom heeft blijkbaar wel een nog belangrijker rol in de aanleg van het netwerk van zenuwcellen dan we al dachten.
      http://www.sciencedaily.com/releases/2012/02/120211095353.htm

    • harry pinxteren februari 19, 2012 om 11:10

      klopt marleen, maar weet je een van de meest intrigerende vondsten vind ik dat neuronen al zo oud zijn en dat de basis ‘specificaties’, het sturen, geleiden en ontvangen van electrischeprikkels nog ouder. De nodige chemie voor deze ‘electrificatie’ van de evolutie begon zo’n 850 miljoen jaar geleden zie bijv: http://www.newscientist.com/article/mg21128283.800-your-brain-chemistry-existed-before-animals-did.html en
      http://www.sciencemag.org/content/325/5936/24
      electriciteit werkt sneller dan chemie, over grotere afstanden, is ook flexibeler, maar is wel vluchtiger- en kan ook niet zonder chemie (zoals al die neurotransmitters, die in de loop van de evolutie trouwens ook steeds compexer worden). Als je alleen een hamer hebt, zie je natuurlijk overal alleen maar spijkers.

  3. ingridvandenbergh februari 18, 2012 om 15:50

    een artikel om eens aandachtig te lezen. Nu heb ik schaatsen nog opstaan maar ik kom terug.

  4. ingridvandenbergh februari 18, 2012 om 20:29

    Taaie kost, des te meer respect voor dit artikel.
    Mijn brein kraakt bij pogingen de inhoud tot mij te nemen. Is er in de eerste vijf jaar van mijn bestaan misschien iets misgegaan?;-))

  5. Rob februari 19, 2012 om 10:32

    Er mag dan uit onderzoeken zijn gebleken dat de expressie van bepaalde genen die belangrijk zijn gedurende de ontwikkeling van de hersenen bij de mens een hoogtepunt bereiken rond het vijfde levensjaar, de ontwikkeling van die hersenen gaat na die eerste jaren nog zeker heel wat jaartjes door.
    De manier waarop die hersenen zich ontwikkelen is per individu behoorlijk verschillend en lijkt erg afhankelijk van (externe) prikkels, een vergelijking met het immuunsysteem dringt zich op.
    William H.Calvin schreef in 1987 een artikel waarin hij de ontwikkeling van ons brein beschreef als een Darwinistisch proces, de hersenen als ‘Darwinmachine’.
    Als het werkt zoals Calvin beschrijft is er veel aan gelegen onze grijze cellen een leven lang flink aan de praat te houden.

    http://www.williamcalvin.com/1980s/1987Nature.htm

    • Marleen februari 20, 2012 om 14:45

      Rob, bedankt voor je interessante link. Het is nog mooier dan ik in eerste instantie begreep: De ‘Darwinian machine’ is een metafoor voor de manier waarop onze gedachten gevormd en geselecteerd worden. Ik kan niet overzien of daar experimentele data voor zijn maar het is daarom niet minder boeiend:
      Calvin: ‘but only the best is selected to be let loose on the ‘main track’ of consciousness and speech. Best is determined by memories of the fate of somewhat similar sequences in the past, and one presumes a series of selection steps2 that shape up candidates into increasingly more realistic sequences. This selection among stochastic sequences is more analogous to the ways of darwinian evolutionary biology than to the ‘von Neumann machine’ serial computer. One might call it a Darwin Machine3 instead: it shapes up thoughts in milliseconds rather than millennia, and uses innocuous remembered environments rather than the noxious real-life ones.’
      De referentie (2) is naar The Blind Watchmaker van Dawkins. Dus ik betwijfel of er empirisch onderzoek aan ten grondslag liggen. Hoe dan ook een metafoor om te onthouden.

  6. harry pinxteren februari 20, 2012 om 13:03

    marleen, vreemd trouwens dat Liu et al dit onderzoek niet noemden. In ieder geval is er is meer aan neotonie – en verschillen met chimps!- dan transcriptie, nl ‘pruning’:
    We confirm that dendritic spine density in childhood exceeds adult values by two to threefold and begins to decrease during puberty. However, we also obtained evidence that overproduction and developmental remodeling, including substantial elimination of synaptic spines,
    continues beyond adolescence and throughout the third decade of life before stabilizing at the adult level. Such an extraordinarily long phase of developmental reorganization of cortical neuronal circuitry has implications for understanding the effect of environmental impact on the development of human cognitive and emotional capacities as well as the late onset of human-specific neuropsychiatric disorders.
    Petanjek Z, Judas M, Simic G, Rasin MR, Uylings HB, Rakic P, Kostovic I. Extraordinary neoteny of synaptic spines in the human prefrontal cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 Aug 9;108(32):13281-6. Epub 2011 Jul 25. PubMed PMID: 21788513. Public domain http://www.pnas.org/content/early/2011/07/20/1105108108.full.pdf

  7. harry pinxteren februari 20, 2012 om 13:05

    neotenie natuurlijk!

    • Marleen februari 20, 2012 om 15:03

      Over pruning had ik eerder een blogje geschreven (zie tekst). Ik had graag wat meer willen weten m.b.t. pruning bij andere primaten.

      Wat mij betreft is de laatste zin uit je citaat het meest van betekenis.
      ‘Such an extraordinarily long phase of developmental reorganization of cortical neuronal circuitry has implications for understanding the effect of environmental impact on the development of human cognitive and emotional capacities as well as the late onset of human-specific neuropsychiatric disorders.’
      Het is duidelijk dat als de ‘rijping’ van de hersenen vooral na de geboorte plaatsvindt i.p.v. voor de geboorte dat de vorming ervan ook meer beinvloedt wordt door externe factoren. Dit is op zich een interessant gegeven.

      Je conclusie dat dit fenomeen deel uitmaakt van neotenie kan best juist zijn. Ik zal mijn ogen openhouden met betrekking tot nieuws over neotenie bij de mens en houd me aanbevolen voor eventuele tips of linkjes.

    • harry pinxteren februari 21, 2012 om 10:41

      marleen , klopt
      neotenie is een van de opvallendste kenmerken van onze soort- net zoiets als tweebenigheid, naaktheid en spraak. Dankzij neurologisch onderzoek weten we nu ook dat neotenie nog veel langer doorgaat dan we altijd dachten – en ik altijd geleerd heb. Er zit daardoor onvergelijkbaar veel meer informatie in ons connetctoom dan in ons genoom. Dat lijkt me een uiterst relevant gegeven; zeker als het gaat om de zielkunde en de zielgeneeskunde! (overigens is een (achter(naamgenoot van je met dit soort dingen bezig hier aan het Donders Instituut : Karin Roelofs. Familie?

  8. Marleen februari 25, 2012 om 23:47

    @harry, het hele begrip connectoom was tot voor kort nieuw voor me. Dat het meer informatie zou bevatten dan ons genoom is wellicht de vraag. Ik zou het niet zo durven beweren en het hangt ook enigszins af van wat je in dit geval met informatie bedoelt. De verscheidenheid aan proteinen en factoren, co-factoren waar het genoom voor codeert plus alle sequenties die de expressie reguleren maken het uiterst rijk aan informatie. Hoe zou je de informatie van het connectoom moeten omschrijven ?
    Karin Roelofs ken ik helaas niet…

  9. harry pinxteren februari 27, 2012 om 10:19

    @ marleen, dat is volgens mij de hamvraag.
    Ik kan me de tijd nog herinneren ze me ertelden dat wij mensen wel 300.000 genen hadden: eentje voor elke ‘eigenschap’ (en dat was wel genoeg om er nog wat te combineren!). Maar het blijkt allemaal wat ingewikkelder om het zachtjes uit te drukken. En de stap van genoom naar connectoom is waarschijnlijk al niet meer te maken, cfr het artikel van Jeff Lichtman, http://homes.mpimf-heidelberg.mpg.de/~mhelmsta/pdf/2008%20Lichtman%20Sanes%20CurrOpNeurobiol.pdf
    Misschien dat het nog wel lukt om alle eiwit-expressies in bits te vangen (met genoeg computercapaciteit) maar dat lost het probleem niet op: de ene bit is de andere niet, niet alle bits zijn gelijk (Gell-Mann): de bit die je krijgt als je de dobbelsteen gooit is minder waard dan de bit die de oplossing van je probleem bepaalt. Er bestaan pogingen om het idee van Shannon uit te breiden, maar tot nu toe heeft dat nog niet veel opgeleverd. Niettemin zal het deze kant op gaan. Evolutie, Boltzmann zei het al, is strijd om entropie (niet strijd om het bestaan!). Overigens is het begrip informatie hot topic in de theoretische natuurkunde.
    Dat artikel van Lichtman is niet erg bemoedigend, maar wel de moeite waard. (zouden meer darwinisten eens moeten lezen!)

  10. Marleen maart 22, 2012 om 18:04

    @Rob, bedankt voor de link. Van het connetctoom van een kubieke millimeter weefsel naar het connectoom van een heel brein kan nog wel even duren. Indrukwekkend wat dit allemaal aan computeropslag kost.

    Het bljft voor mij onduidelijk hoe een connectoom typerend voor de mens kan zijn zoals dat het geval is voor het genoom. Het lijkt mij dat een connectoom zeer uiteenlopende verschillen kan bezitten tussen de ene en de andere mens en dat dat precies bepaalt waarom ze zo verschillend zijn. Ook het genoom bezit duidelijk verschillen tussen individuen, maar die zijn toch van een andere aard.

  11. blutch1 maart 30, 2012 om 22:36

    Ik heb het vermoeden er toch weer een synapsje bij gekregen te hebben.

Praat mee en laat hier uw reactie achter

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più

Microplastics

INTERREG MICRO PROJECT

Scientia Salon

Philosophy, Science, and all interesting things in between

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Vita da simbionte

perché collaborare è talvolta meglio che combattere

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

The Public House for Science...

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

the aphid room

All about aphids... not simply bugs|

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

%d bloggers op de volgende wijze: