De extreme omstandigheden op de zuidpool van onze planeet gaan het brein niet in de koude kleren zitten.

Op Antarctica bevindt zich het Neumayer-Station III, een door de Duitsers gerund onderzoekstation waar het leven – zeker tijdens de winter – allesbehalve eenvoudig is. De temperaturen kunnen er tot -50 dalen en het is maanden op rij pikdonker. Ondertussen is het in het onderzoeksstation ook enigszins behelpen; het contact met de buitenwereld is minimaal, ook is er weinig privacy. En ontsnappen is – zeker in de winter – onmogelijk; evacuaties zijn – net als het afleveren van voedsel en andere benodigdheden – een privilege dat alleen in de korte Antarctische zomer tot de mogelijkheden behoort. Kortom: het leven in het onderzoeksstation is niet gemakkelijk. Maar wat doet dat nu met het brein? Dat was lang onduidelijk. Maar een nieuw onderzoek – verschenen in het blad – The New Engeland Journal of Medicine – brengt daar verandering in.

Het Neumayer-Station III. Afbeelding: Charité / Stahn.

In het blad maken onderzoekers namelijk bekend dat de extreme omstandigheden op de zuidpool van onze planeet een behoorlijk vergaande impact hebben op de dentate gyrus; een hersengebied dat deel uitmaakt van de hippocampus. Dit hersengebied blijkt tijdens een missie naar het Antarctische onderzoeksstation kleiner te worden en dat lijkt onder meer gevolgen te hebben voor het ruimtelijk inzicht.


Scans en bloedtests
Tot die voorzichtige conclusie komen onderzoekers nadat ze vijf mannen en vier vrouwen bestudeerden. Deze proefpersonen brachten in totaal 14 maanden in het onderzoeksstation door. Van deze 14 maanden brachten ze er 9 door terwijl ze volledig van de buitenwereld waren afgesloten. Voorafgaand, tijdens en na de expeditie naar Antarctica ondergingen de proefpersonen cognitieve tests, waarbij onder meer hun concentratievermogen, ruimtelijk inzicht, geheugen en reactietijd werd getest. Ook werden er bloedtests uitgevoerd, waarbij er specifiek werd gekeken naar het niveau van een zogenoemde groeifactor (BDNF): een eiwit dat de groei van zenuwcellen en synapsen in het brein promoot. Daarnaast werd de hersenstructuur van de proefpersonen voorafgaand en na de expeditie met behulp van een MRI-scan in kaart gebracht. De onderzoekers focusten zich daarbij op de hippocampus.

De resultaten
De onderzoekers bestudeerden niet alleen 14 wetenschappers die langdurig op Antarctica vertoefden. Ze voerden dezelfde tests uit onder een controlegroep, bestaande uit negen mensen, die niet naar Antarctica toog. Uit de metingen blijkt dat de dentate gyrus – een onderdeel van de hippocampus en van groot belang voor ons ruimtelijk inzicht en het maken van herinneringen – kleiner was bij de mensen die naar Antarctica waren geweest. Die verandering in de structuur van dit hersengebied hing samen met een afname in BDNF. Al na drie maanden in het onderzoeksstation te hebben doorgebracht, bleek het niveau van deze groeifactor onder het niveau dat voorafgaand aan de missie werd vastgesteld, te duiken. En zelfs anderhalve maand nadat de wetenschappers van hun lange missie naar Antarctica waren teruggekeerd, was de concentratie BDNF nog niet op het oude niveau. De waargenomen veranderingen in het brein van Antarctica-gangers bleken ook van invloed te zijn op hun functioneren. Zo hadden ze effect op zowel het ruimtelijk inzicht als de zogenoemde ‘selectieve aandacht’, waarbij men irrelevante informatie wegfiltert en zich alleen focust op wat ertoe doet. Daarnaast wijzen de onderzoekers erop dat het herhaaldelijk uitvoeren van cognitieve testen er normaliter toe leidt dat mensen beter gaan presteren. Maar dit leerproces bleken de proefpersonen met een kleinere dentate gyrus minder sterk door te maken dan de mensen uit de controlegroep. En hierbij gold: hoe sterker de dentate gyrus kromp, hoe minder goed men leerde van de tijdens eerdere testen opgedane ervaring.

Isolement
Grote vraag is nu natuurlijk wat er precies voor zorgt dat het brein van mensen die langdurig ‘opgesloten’ zitten op Antarctica, deze veranderingen ondergaat. “Ik vermoed dat het sociale isolement en het feit dat er geen grootschalige ruimtes zijn waarbinnen men moet navigeren, zijn, bijdragen aan deze effecten,” vertelt onderzoeker Alexander Stahn aan Scientias.nl. Hij legt tevens uit dat de geobserveerde effecten – onder meer afgaand op eerdere dierenstudies – hem niet echt verrasten. “Maar de omvang ervan was wel verrassend.”


Beweging
Onduidelijk is op dit moment in hoeverre de veranderingen die de dentate gyrus in reactie op een langdurig verblijf op Antarctica ondergaat, ongedaan worden gemaakt op het moment dat mensen weer afreizen naar de bewoonde wereld. Waar Stahn verder ook heel benieuwd naar is, is of er in het onderzoeksstation maatregelen kunnen worden getroffen die deze veranderingen in het brein tegengaan. Zo zoekt hij momenteel uit of bewegingsoefeningen ervoor kunnen zorgen dat de dentate gyrus gespaard wordt. “Een overvloed aan data suggereert dat beweging goed is voor het brein, en dus ook voor de hippocampus,” legt hij uit. “Hoe regelmatige lichaamsbeweging de plasticiteit van het brein precies beïnvloedt, is nog onderwerp van discussie.”

Het onderzoek heeft niet alleen implicaties voor de handvol wetenschappers die de unieke kans krijgen om zich een tijdje op Antarctica te vestigen. De studie is minstens zo interessant voor toekomstige, langdurige ruimtemissies naar bijvoorbeeld Mars. Tijdens deze missies krijgen mensen namelijk met vergelijkbare uitdagingen – een sociaal isolement, een langdurig verblijf in een kleine ruimte, etc. – te maken. “We proberen beter te begrijpen waarom de één beter tegen deze uitdagingen bestand is dan de ander en waarom de één anders op een langdurig isolement en gebrek aan prikkels reageert dan de ander en we willen tegelijkertijd ook specifieke tegenmaatregelen te ontwikkelen die gebruikt kunnen worden tijdens ruimtevluchten (en later ook op aarde) en de kans op veranderingen in het brein en gedrag beperken.”