FOK! wetenschap: Een kijkje in het zebravissenbrein
Onze hersenen zijn één van de meest ingewikkelde organen in ons lijf. Dit zal voor geen denkend mens een verrassing zijn. Toch komen wij mensen steeds meer te weten over hoe dit orgaan zijn werk nou eigenlijk doet. De hersenen zitten vol met gespecialiseerde cellen die we neuronen noemen. Deze neuronen bezitten een cellichaam dat zich in de hersenen bevindt en uitlopers die verbindingen leggen met andere neuronen maar ook met spieren en andere cellen in ons lichaam. Door deze verbindingen lopen stroompjes die kunnen ontstaan door concentratieverschillen van ionen binnen en buiten de cel.
Er is heel veel onderzoek gedaan naar hoe die neuronen nou precies communiceren met elkaar, en dat begrijpen we steeds beter. Echter, er is meer dan alleen het signalerende neuron die een spier aanzet. De hersenen van een mens bestaan namelijk uit wel 'pak 'm beet' negentig miljard neuronen(1) en het is nou juist de samenwerking van deze neuronen die ons inzage geeft in hoe de hersenen hun taak nou eigenlijk voltrekken.
In de 18e en 19e eeuw zijn er ook genoeg pogingen geweest om te kijken hoe het brein nou eigenlijk werkt, namelijk door daadwerkelijk in het brein van mensen te prikken en te snijden, en daarna te kijken wat er gebeurt. Op die manier zijn er theorieën ontwikkeld over hersengebieden en hun functies. Nu zijn er krachtigere technieken ontwikkeld om te kijken hoe de hersenen reageren op bepaalde prikkels, waaronder MRI. Veel mensen zullen de plaatjes kennen van oplichtende gebieden in de hersenen. Deze technieken hebben ons weer andere zaken geleerd en ons vooral een inzage gegeven in hoe dynamisch de hersenen zijn.
Aan de ene kant hebben we nu dus de neuronen, en aan de andere kant de gebieden van de hersenen die we met MRI kunnen laten zien. We weten ook dat die gebieden vol liggen met neuronen maar we kunnen nog niet exact zien welke neuron wanneer precies signaleert en wat de reactie is van de volgende cel.
Om een volgende stap te kunnen zetten kijken wetenschappers vaak naar dieren die simpelere eigenschappen hebben dan mensen, in dit geval de zebravis. Dit visje heeft hersenen die bestaan uit ongeveer honderdduizend neuronen, ongeveer negenhonderdduizend keer zo weinig als een mens dus. Een andere fijne bijkomstigheid is dat deze visjes een doorzichtige kop hebben, en in het geval van visjes met een albino mutatie ook doorzichtige ogen. Deze drie eigenschappen hebben Misha B. Ahrens en Philipp J. Keller van het Howard Hughes Medical Institute in Ashburn, Virginia, USA gebruikt om meer te weten te komen van het functioneren van het het brein van de zebravis.
Deze wetenschappers hebben een zeer krachtige vorm van fluorescentiemicroscopie benut om live in het vissenbrein te kijken naar activerende neuronen. Dankzij genetische modificatie maken deze vissen in hun brein een fluoriscerende eiwit aan dat reageert op de calciumconcentratie. Elk neuron heeft door dit eiwitje als het ware zijn eigen lampje aan boord waarmee hij aangeeft of hij aanstaat of uitstaat. Dit lampje kunnen wij alleen zien als we hem eerst aanzetten met licht. Als het lampje dan aanstaat zal het een andere kleur licht uitzenden, wat dan weer in de microscoop gezien kan worden. Door het brein van de zebravis te belichten met een dunne film van licht (4µm dik) kunnen de cellen die aanstaan zichtbaar gemaakt worden. Met deze zogenaamde 'light sheet microscopy' kunnen wetenschappers heel snel plakje voor plakje het hele brein van de vis bekijken. Een plaatje maken van de complete hersenen (41 plakjes) duurt zo slechts 1,3 sec, en door heel vaak zo'n plaatje te maken kun je door de tijd heen zien wat en wanneer de neuronen van de vis iets doen (zie filmpje 1).
Door deze beelden heel aandachtig te bestuderen kunnen we misschien meer te weten komen over hoe hersenen werken. Deze wetenschappers zien bijvoorbeeld achterin het brein van de vis (rechts in het filmpje) ritmisch oplichtende neuronen, en ze denken dat deze betrokken zijn bij zwembewegingen.
Zo zie je maar weer dat zelfs een vissenbrein ons al veel kan leren.
1: Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain. Journal of Comparative Neurology (2009) Volume: 513, Issue: 5, Publisher: Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company, Pages: 532-541
