Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: synapsen

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.

De rijping van de hersenen

Het menselijk brein is enorm complex en bevat honderden miljarden neuronen en biljarden synapsen. Bij de geboorte heeft elke zenuwcel 2500 synapsen. Rond de leeftijd van 3 jaar zijn dat er 15.000 per cel. Synapsen zijn de verbindingen tussen zenuwcellen, de plaatsen waar neurotransmitters ofwel de signalen doorgegeven worden van de ene zenuwcel naar de andere. Het brein produceert veel meer synapsen dan nodig zijn. Om de hersenen te rijpen wordt deze wildernis aan synapsen gesnoeid met een proces dat synaptische pruning genoemd wordt. Het woord ‘pruning’ betekent ‘snoeien’ zoals dat wordt gedaan met de takken van een boom. De overbodige en kleinere takken worden weggehaald om de boom meer kracht te geven, ofwel om zijn energie te steken in slechts enkele van de mooiere en steviger takken. Het synaptische ‘snoeien’ zorgt ervoor dat veel van de geschikte of meest gebruikte verbindingen blijven bestaan, terwijl de overbodige verbindingen uitgeschakeld en geabsorbeerd worden.

Synapse

Twee neuronen en hun synapsen met een uitvergroting van één van de synapsen

Italiaanse onderzoekers van het Europese laboratorium van Moleculaire Biologie in Monterotondo in Italië hebben nu gevonden dat er cellen in de hersenen bestaan die voor dit proces verantwoordelijk zijn. Het zijn de cellen van de microglia. Van deze cellen wist men dat ze specifiek in de hersenen actief zijn en daar microben en beschadigde neuronen opruimden. Ze hebben een analoge functie aan de macrofagen van het algemene immuunsysteem. Beide type cellen zorgen ervoor dat afval en microben opgeruimd worden door een proces van fagocytose, waarbij het materiaal wordt omgeven door uitstulpingen van de cel, die het daarna opslokt en verteert.

PSD-95, een proteïne die deel uitmaakt van de synapsen blijkt tijdens pruning niet alleen zichtbaar te zijn in de synapsen, maar ook binnen in de cellen van de microglia. Dit bewijst dat de microglia synapsen fagocyteren. Het experiment bestond ook uit de observatie van de hersenen van gemuteerde muizen die geen microglia bezaten. In deze muizen zag men dat er geen ‘pruning’ plaatsvond en dat de hersenen niet gesnoeid werden. Dit leidde tot een vertraging in de ontwikkeling van de hersenen.

pruning

Pruning

In de zich ontwikkelende hersenen worden vele synapsen blijkbaar als indringers beschouwd en als zodanig opgeruimd. Abnormale connecties in het brein zijn ook wel de oorzaak van autisme. Men gaat nu onderzoeken of er bij autisme sprake is van een verstoorde pruning. Het is waarschijnlijk dat het proces van pruning erg belangrijk is in leerprocessen en de vorming van het geheugen. De auteur zelf waarschuwt evenwel dat de groei en het verlies van de synapsen ook bij neuronen in kweken voorkomt, dus zonder de aanwezigheid van microglia.

Uit ScienceDaily, The Guardian, Science.

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

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

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più - blog personale di Paolo Minucci

Natural History

A Modern Compendium

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

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

A Public House for Science

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

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 liken dit: