De weg naar huis, de naam van je partner en die ene boodschap die je nog moest halen: waar zouden we zijn zonder ons geheugen? Maar…hoe werkt het eigenlijk?

De geheimen van het menselijk brein zijn bij lange na nog niet blootgelegd. Toch weten we steeds meer over de wondere wereld van onze hersenen. In dit artikel nemen we het geheugen onder de loep.

De hippocampus. Afbeelding: via Wikimedia Commons.

De hippocampus. Afbeelding: via Wikimedia Commons.

Hommage aan H.M.
Een groot deel van wat we weten over de werking van het geheugen, hebben we te danken aan één bijzondere man, die lange tijd in de medische wereld bekend stond onder zijn initialen, H.M. Henry Gustav Molaison, zoals hij voluit heette, verloor het vermogen om nieuwe herinneringen op te slaan, toen hij in 1953 aan zijn hersenen werd geopereerd. Henry had namelijk al jaren last van zware epileptische aanvallen en daarvan werd gedacht dat deze hun oorsprong vonden in de hippocampus, een klein onderdeel van de hersenen met de vorm van een zeepaardje. Doordat de chirurg beide hippocampi van H.M. verwijderde, bleek dat de hippocampus een belangrijke rol speelt in het vormen van nieuwe herinneringen. Na de operatie was H.M. niet meer in staat nieuwe herinneringen op te slaan. Hij kon een telefoonnummer herhalen en een normaal gesprek voeren, maar als hij even werd afgeleid wist hij het telefoonnummer niet meer. Als de persoon met wie hij een gesprek voerde, eventjes de kamer verliet, kon hij niet meer herinneren die persoon ooit eerder gezien te hebben. Hij werd nooit gek van alle experimenten van onder anderen dr. Brenda Milner en dr. Wilder Penfield, simpelweg omdat hij zich niet kon herinneren dat hij ze al eens had gedaan. In de 55 jaar na zijn operatie heeft H.M. geen herinnering opgeslagen die recenter was dan het presidentschap van Dwight Eisenhower. H.M. heeft in deze periode meegewerkt aan honderden experimenten en hij wordt in bijna 12.000 wetenschappelijke artikelen genoemd, wat zijn bijdrage aan de psycho-neurobiologische kennis immens maakt. Toen hij in 2008 overleed, werd zijn volledige naam vrijgegeven.

Informatie die binnenkomt, moet alvorens deze wordt bewaard aan twee voorwaarden voldoen: de informatie moet uniek en belangrijk zijn
De prefrontale cortex is hier met rood aangegeven. Afbeelding: Database Center for Life Science (via Wikimedia Commons).

De prefrontale cortex is hier met rood aangegeven. Afbeelding: Database Center for Life Science (via Wikimedia Commons).

De geheugenfunctie van de hippocampus
Vanuit je zintuigen komt er ieder moment van de dag een enorme hoeveelheid aan informatie binnen in de hersenschors, de buitenste laag van je grote hersenen. Bij elke gebeurtenis worden tegelijkertijd meerdere zenuwcellen geprikkeld, die elk in verbinding staan met een bepaald gedeelte in het lichaam. De hippocampus organiseert de gegevens en speelt een grote rol in de selectie van welke informatie de moeite waard is om te bewaren. Daarvoor toetst het de informatie aan twee voorwaarden: ‘is het uniek’ en ‘is het belangrijk’? Als de informatie aan deze twee voorwaarden voldoet, zorgt de hippocampus voor terugkoppeling van de informatie naar de prefrontale cortex, door het te ‘leren’ waar alle losse stukjes informatie zitten. Vanaf dit moment kan de prefrontale cortex zelfstandig de informatie terugvinden; de informatie is opgeslagen in je geheugen, het proces dat wij in het dagelijks leven ‘leren’ noemen. Een tamelijk ingewikkeld verhaal, dat misschien duidelijker wordt aan de hand van een voorbeeld. Stel je voor dat je door een bos loopt. Je hersenen verwerken informatie over de geluiden die je hoort, de geuren die je ruikt, de blaadjes die je ziet, maar er volgt nog geen actie naar aanleiding van deze informatie. De informatie bereikt dus wel je cortex, maar omdat deze informatie niet echt van belang is voor jouw overleving, vergeet je de meeste details weer. Tenzij de informatie dus belangrijk voor je is. Bijvoorbeeld doordat je maag begint te knorren en je besluit om aan de blaadjes die je ziet te gaan knabbelen. De blaadjes smaken ontzettend smerig. De informatie vanuit je maag, je mond en je ogen worden in dit geval gecombineerd aan je cortex doorgegeven. De hippocampus herkent dit signaal als ‘uniek’ en ‘belangrijk’, dus wordt de informatie vastgelegd in het geheugen, waarbij de prefrontale cortex onthoudt waar alles staat. De plek van elk van de betrokken zenuwcellen wordt op deze manier vastgelegd en kan worden teruggevonden op het moment dat je deze informatie in de toekomst nog eens nodig hebt. Als je die blaadjes nog eens tegenkomt, laat ze dan maar lekker hangen!

Geheugen op cellulair niveau
De moleculaire, cellulaire basis voor het vastleggen van herinneringen wordt Lange-Termijn Potentiatie (LTP) genoemd. Potentiatie is de verandering van de elektrische lading van het celmembraan van een zenuwcel. Als er niets aan de hand is, heeft het celmembraan van een zenuwcel een lading van -70 millivolt (mV). Dat komt omdat er in ruststand meer positieve Na+-ionen buiten de cel liggen dan erbinnen. Wordt de zenuwcel voldoende geprikkeld, worden er allerlei poortjes in het celmembraan opengezet, waardoorheen Na+-ionen de cel in kunnen vloeien en de lading van het membraan van negatief naar positief verandert. De lading waarbij er voldoende potentiaal (ongeveer +25 mV) is opgebouwd om de impuls door te geven naar het volgende stuk celmembraan, wordt het actiepotentiaal genoemd. Zwakke prikkels, zoals het niet zien van je hand voor je ogen in het donker, of het niet proeven van te weinig zout in je eten, veranderen de lading van het celmembraan niet sterk genoeg om tot deze drempelwaarde te komen en worden dan ook niet doorgegeven tot aan de hersenen.

Tijdens een prikkel wordt Na+ de cel in gepompt. Een afbeelding van cen.acs.org.

Tijdens een prikkel wordt Na+ de cel in gepompt. Een afbeelding van cen.acs.org.

Zenuwcellen lopen door je hele lichaam (de langste lopen van je tenen tot aan je ruggenmerg en zijn dus wel een meter lang). In je ruggenmerg ligt een groot aantal schakelcellen, zenuwcellen die impulsen doorgeven aan de volgende cel. Een impuls volgt dus eerst de weg langs het celmembraan van een enkele zenuwcel totdat het moet overspringen naar een volgende zenuwcel. Zenuwcellen liggen nooit helemaal tegen elkaar aan. De ruimte tussen opeenvolgende zenuwcellen wordt synaps genoemd. In de synaps wordt het elektrisch signaal van de impuls omgezet naar een chemisch signaal: er worden stofjes vrijgemaakt, de zogeheten neurotransmitters. Bij voldoende neurotransmitters wordt de ontvangende zenuwcel weer elektrisch geladen, zodat de impuls weer verder kan reizen.

Slimme neuronen
De meeste zenuwcellen in je lichaam zijn ‘dom’. Ze geven informatie die ze binnenkrijgen gewoon door aan de volgende zenuwcel. In de hippocampus bevinden zich ‘slimme’ zenuwcellen, die alleen een impuls doorgeven op het moment dat ze op twee manieren wordt geprikkeld: door een neurotransmitter in specifieke (NMDA-)receptoren en tegelijkertijd moet er sterke verandering optreden in de lading van het celmembraan. Iets wat alleen optreedt als er een nieuwe combinatie van informatie binnenkomt.

Een voorbeeld: je loopt in het bos en besluit eens een andere route te nemen. De nieuwe route wordt gekenmerkt door een paar stenen die in een bijzonder positie liggen. De informatie die via verschillende zenuwcellen een slimme zenuwcel in je hippocampus bereikt, wordt herkend als uniek en belangrijk (je moet je de weg terug straks wel weer herinneren), zodat de prefrontale cortex vastlegt waar de signalen vandaan kwamen. Als nu blijkt dat je echt een fantastisch nieuwe route hebt ontdekt, die de moeite waard is omdat het bijvoorbeeld leidt tot een ansichtkaartachtig vergezicht met palmbomen en watervallen, zul je de stenen een volgende keer meteen herkennen. Je hebt geleerd dat dat hoopje stenen de weg wijst naar geluk. Een iets minder fantasierijk voorbeeld is misschien de herinnering die bij je opborrelt bij het horen van dat ene liedje uit je jeugd, waarbij je bij het horen van de klanken, ook de geuren van toen weer ruikt en precies voor je ziet waar je was toen je het liedje voor het eerst hoorde. Slimme jongens, die neuronen.

Pascal van der Aa (1981) heeft na zijn studie Biologie aan de Rijksuniversiteit Groningen de master Communicatie in de Bètawetenschappen afgerond. Naast zijn werk als docent op het voortgezet onderwijs, schrijft hij over natuurwetenschappen in brede zin. Hij heeft zich tot doel heeft gesteld zijn fascinatie voor de natuur over te brengen op een breed publiek.