Door te bestuderen hoe dit brein keuzes maakt, kunnen we ook meer leren over de evolutie van menselijke verslaving.

Ons brein is ontzettend complex. Het is opgebouwd uit vele tientallen miljarden neuronen waarvan elk in verbinding staat met een groot aantal – soms zelfs duizenden – andere neuronen. Onze hersenen zijn waarschijnlijk de meest complexe structuur in het universum. Nog niet zo eenvoudig dus, om dit orgaan volledig te bevatten. Daarom besloten onderzoekers in een nieuwe studie hersenen na te bootsen, beginnend met de meest eenvoudige circuits. Want als het brein van alle fraaie en complexe lagen is gestript, hoe neemt het dan nog keuzes?

Zeeslak
De onderzoekers besloten een eenvoudig hersennetwerk na te bootsen gebaseerd op dat van een zeeslak. De keuze voor dit dier was snel gemaakt. “De pleurobranchaea beschikt over een eenvoudig zenuwstelsel en gedrag dat relatief makkelijk te onderzoeken en te modelleren is,” vertelt onderzoeker Ekaterina Gribkova aan Scientias.nl. “Daarnaast ontdekten we dat het kerncircuit van pleurobranchaea voor besluitvorming sterk lijkt op dat van de hersenen in zoogdieren.” De onderzoekers gaven het nagebootste beestje – dat luistert naar de naam ASIMOV – een hongerig gevoel. Naast te eten om verzadigd te raken, kon ASIMOV ook plezier ervaren. Een zo hoog mogelijk verzadigings- en plezierniveau waren de twee levensdoelen van het wezentje.


De gesimuleerde zeeslak is vernoemd naar de bekende Amerikaanse sciencefiction schrijver Isaac Asimov. Asimov was een van de eersten die nadacht en schreef over de ethiek van robotica. Bekend werd de schrijver onder andere met de verzameling van negen korte sciencefictionverhalen I, robot die tussen 1940 en 1950 in het tijdschrift Astounding Science Fiction werden gepubliceerd.

De onderzoekers lieten de gesimuleerde zeeslak los in een afgesloten ruimte. In deze ruimte lagen willekeurige voedselkorrels in het rond. Sommige van deze korrels smaakten lekker en waren voedzaam, andere waren voedzaam maar gingen gepaard met een pijnprikkel. Net als een echt dier leerde ASIMOV al snel de voedzame lekkernijen op te schrokken en de hapjes die een pijnprikkel tot gevolg hadden links te laten liggen. Tenzij hij hongerig was; dan verorberde AMISOV al het eten dat op zijn pad kwam. Elke korrel had bovendien een eigen, karakteristieke geur, waardoor AMISOV kon bepalen of hij deze naar binnen werkte, of toch liever vermeed.

Drugs
Nadat AMISOV meester was geworden in het onderscheiden van ‘goed’ en ‘slecht’ voedsel, voegden de onderzoekers een derde keuze toe. Dit derde hapje, dat de onderzoekers de ‘drugs’ noemden, bestond uit een zeer smakelijk en plezierig maaltje maar bevatte helemaal géén voedingswaarde. Ook deze korrels hadden een eigen, karakteristieke geur. Toen AMISOV hier eenmaal voor was gezwicht en de bedwelmende werking ervan had ervaren, hunkerde de gesimuleerde zeeslak alleen nog maar naar deze korrels en schoof alle andere korrels aan de kant. Inderdaad, de gesimuleerde zeeslak was verslaafd geraakt.

De gesimuleerde zeeslak, ASIMOV, moet beslissen wat hij gaat eten. De opties zijn: smakelijk en voedzaam voedsel (blauw), voedzaam voedsel met een pijnprikkel (groen) en een bedwelmende drug dat geen voedzame waarde heeft (geel).

De drugs zorgde ervoor dat ASIMOV aan zijn beide gestelde levensdoelen voldeed. Helaas waren deze twee ‘mentale’ toestanden slechts tijdelijk. Het eten veroorzaakte verzadiging, maar dat volle gevoel nam in de loop van de tijd af. Bovendien wende ASIMOV aan de drugs. Dit kun je vergelijken met het drinken van koffie. “Wanneer je elke dag koffie drinkt, raak je gewend aan de effecten die na verloop van tijd verminderen,” legt Gribkova uit. Het betekent dat de periodes waarin de zeeslak plezier ervoer, steeds korter en korter werden, waardoor hij steeds sneller weer op zoek ging naar de drugs. De onderzoekers besloten toen de drugs volledig uit de ruimte weg te halen, waardoor de zeeslak afkickte en vervolgens zijn eerdere gevoeligheid voor de effecten van de bedwelmende korrels terugkreeg.


Verslaving
Het gedrag van de zeeslak is eigenlijk niet zo verrassend. We zien verslaving namelijk bij een diverse reeks dieren, niet op de laatste plaats bij onszelf. Geleid door het verlangen naar verzadiging en plezier en het vermijden van pijn, moest de zeeslak keuzes maken tussen eten, niet eten of zich tot de drugs wenden. Het digitale model biedt dan ook een praktisch en ethisch hulpmiddel om de evolutie van complexe zenuwstelsels goed te bestuderen. “We wilden verslaving in dit organisme opnieuw creëren,” zegt Gribkova. “En dit was de eenvoudigste manier waarop we dat konden doen.”

Aard
Dit heeft belangrijke implicaties. “We kunnen nu ook de aard van verslaving en de evolutionaire oorsprong ervan beter begrijpen,” licht Gribkova desgevraagd toe. “Het is zeer waarschijnlijk dat verslaving is voortgekomen uit het neuronale circuit voor het nemen van beslissingen, gebaseerd op een beloningssysteem dat aan een eenvoudig, esthetisch gevoel ten grondslag ligt. Anders gezegd, verslaving ontstond toen een organisme ongebruikelijk grote, plezierige en lonende stimuli tegenkwam waaraan hij niet was aangepast en in zijn wil werd aangetast. Bovendien heeft deze interne dynamiek waarschijnlijk bijgedragen aan de ontwikkeling van een esthetisch gevoel, dat vaak los staat van de daadwerkelijke fysiologische behoeften. In het model laten we dus zien hoe een gemeenschappelijk adaptief mechanisme een basis is voor zowel een esthetisch gevoel, als verslaving.”

Hoewel ASIMOV momenteel al levensecht is, zijn de onderzoekers van plan meer complexe lagen aan het beestje toe te voegen. “ASIMOV bootste nauwkeurig het fourageergedrag van de pleurobranchaea na en we konden laten zien hoe een esthetisch gevoel en verslaving ontstaan uit dit circuit,” zegt Gribkova. “We zijn echter van plan om het karakter van ASIMOV verder uit te breiden, zodat hij bijvoorbeeld ook territoriaal gedrag vertoont.” Ook willen de onderzoekers eigenschappen zoals sociaal gedrag en altruïsme toevoegen. Want door te bestuderen hoe dit brein zijn omgeving begrijpt, kunnen we ook meer leren over hoe echte hersenen werken.