Over dendrieten en somas: waar ligt de rekenkracht van ons brein?

Als wetenschapper loop je soms tegen nieuwe bevindingen aan die je basisovertuigingen op hun grondvesten doen schudden. Zulke bevindingen overdonderen je eerst, maar beïnvloeden later je kritisch denken en ze herinneren je eraan dat je in de wereld van wetenschap nooit blind van iets moet uitgaan. Nee, nooit!

Het huidige beeld van een atoom, al is
zelfs dit beeld niet onomstreden.
Afbeeldingen van hier.

Atomen versus neuronen

Neem het atoom. Ooit geloofde men dat dit een enkel solide bolletje was, maar we weten nu dat dit kleine bouwsteentje uit verschillende deeltjes bestaat en het lijkt er voorlopig nog niet op alsof natuurkundigen al klaar zijn met tellen. Een vergelijkbare ontdekking, maar dan in de neurowetenschap, is laatst gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Nature. De bevindingen die beschreven worden in dit artikel betwijfelen een wijdverbreide en inmiddels vastgeroeste aanname binnen de neurowetenschap door voor te stellen dat het brein een grotere rekenkracht heeft dan altijd werd aangenomen. Deze rekenkracht bevindt zich voornamelijk in de bouwsteentjes van ons brein: de neuronen.

Als je dit kan lezen, dan ben je zeer waarschijnlijk de eigenaar van een brein dat ongeveer honderd miljard neuronen telt. Elk van deze minuscule neuronen is een rekeneenheid wiens simpele functie het is om continu te berekenen wat voor informatie het zal geven gebaseerd op inkomende informatie van omliggende cellen. Ongeveer net als een computer met een internetconnectie, ontvangen en versturen neuronen continu informatie door gebruik te maken van electrische signalen. Deze signalen komen het cellichaam (of de soma) binnen via de dendrieten, uitlopers die verbindingen vormen met honderden of zelfs duizenden omliggende neuronen en die informatie vanuit deze cellen opvangen. Tot nu toe werd de rekenkracht nodig om deze informatiesignalen te kunnen verwerken puur en alleen toegeschreven aan de soma. Neem elk tekstboek over neurowetenschap en het zal je vertellen dat de magie plaatsvindt in de soma. Logisch, want de dendrieten zijn maar simpele draadjes die passief signalen doorsturen. Toch?

Een neuron met zijn verschillende onderdelen. Informatie van andere
neuronen komt binnen via de dendrieten en wordt getransporteerd via
de soma naar het axon, waar de informatie weer doorgegeven wordt aan
verbonden neuronen. Plaatje van hier. 

In dit plaatje zie je een dendriet die gemeten wordt door
middel van two-photon microscoop. Plaatje komt uit het
artikel.

Sterke microscoop

Neurowetenschappers van verschillende Britse en Amerikaanse universiteiten hebben besloten dit wijdverbreide feit verder te onderzoeken door beter te gaan kijken naar hoe deze electrische signalen zich precies door de dendrieten voortbewegen, zelfs al dacht iedereen dat dit niet de moeite waard was. De wetenschappers hebben hiervoor een heel erg sterke microscoop (een "two-photon microscoop") gebruikt om electrische signalen te kunnen meten die zich door deze dendrieten verplaatsen. Geen makkelijke taak, omdat het met deze techniek onmogelijk is te zien waar in de cel je eigenlijk aan het meten bent, totdat je de signalen hebt geanalyseerd, het goede oude naald in een hooiberg probleem dus. Desondanks waren de wetenschappers succesvol en vonden ze dat de simpele draadjes hypothese voorbarig was. Volgens hun metingen leken dendrieten juist in staat om berekeningen uit te voeren en "beslissingen" te kunnen maken op basis van de informatie die ze voortdragen. Zo kunnen ze waarschijnlijk de soma helpen om deze informatie beter te begrijpen en te integreren met informatie uit andere dendrieten.

Cogito ergo sum?

In dit experiment werd deze rekenkracht specifiek gevonden in dendrieten van neuronen in de visuele hersengebieden van muizen, maar volgens de onderzoekers is het heel goed mogelijk dat dendrieten in het hele brein dit soort berekeningen uitvoeren, ook in mensen. Deze bevindingen zijn dus niet alleen een hele goede reden om neurowetenschappelijke tekstboeken te herschrijven en uit te breiden, ze suggereren ook dat onze neuronen veel meer berekeningen kunnen uitvoeren dat we altijd dachten. Net als de wereldschokkende vinding dat atomen niet solide bolletjes waren, is deze observatie naar mijn bescheiden mening een revolutionaire wetenschappelijke bevinding die de manier waarop we denken dat we denken voor altijd zal veranderen!