Onderzoekers van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie (NTNU) hebben een fundamenteel mechanisme ontdekt in de manier waarop de hersenen van gewervelde dieren zintuiglijke informatie verwerken. Uit de studie, geleid door professor Emre Yakşi, blijkt dat zebravissen visuele prikkels en trillingen verwerken via een hiërarchisch systeem dat sterk lijkt op dat van zoogdieren. Hoewel de evolutionaire lijnen van vissen en zoogdieren honderden miljoenen jaren geleden uit elkaar gingen, hanteren hun zenuwstelsels een vergelijkbare logica om losse waarnemingen om te zetten in één samenhangend beeld van de omgeving.
- Noorse onderzoekers ontdekten een hiërarchische verwerking van zintuiglijke signalen in het brein van zebravissen.
- Het preglomerulaire complex leidt visuele prikkels en trillingen gescheiden naar het pallium.
- Gespecialiseerde neuronen reageren uitsluitend wanneer meerdere zintuiglijke prikkels gelijktijdig optreden.
Zintuiglijke signalen volgen eerst hun eigen pad
In het dagelijks leven ontvangt het brein voortdurend een stroom van gescheiden zintuiglijke indrukken, zoals beelden, geluiden en trillingen. Bij zoogdieren spelen de thalamus en de hersenschors een centrale rol bij het opvangen en sturen van deze informatie. In de eerste fasen blijven de signalen gescheiden, waarna ze geleidelijk worden geïntegreerd in de corticale netwerken.
Om te onderzoeken of dit organisatieprincipe ook bij andere gewervelden voorkomt, bestudeerde het onderzoeksteam jonge zebravissen. Vanwege hun kleine omvang en optische transparantie kunnen wetenschappers de neurale activiteit in het brein van levende zebravissen rechtstreeks observeren. De vissen werden tijdens het onderzoek blootgesteld aan visuele prikkels en trillingen in het water.
De bevindingen tonen aan dat afzonderlijke zintuiglijke signalen pas in een later stadium worden samengevoegd tot een geïntegreerde waarneming.
Het pallium combineert afzonderlijke waarnemingen
Uit de metingen blijkt dat het preglomerulaire complex (PG) de belangrijkste bron is van visuele en vibratie-informatie richting het pallium. Het pallium geldt als de evolutionaire tegenhanger van de hersenschors bij zoogdieren. Binnen het PG en de projecties naar het pallium blijven de signaalpaden strikt gescheiden op basis van het type zintuig en de ruimtelijke locatie.
Pas in het pallium neemt de complexiteit van de informatieverwerking toe. De onderzoekers troffen daar neuronen aan die specifiek op één zintuig reageren, maar ook cellen die meerdere prikkels verwerken. Daarnaast werden ‘gelijktijdigheidsdetectoren’ geïdentificeerd: neuronen die inactief blijven bij enkel licht of enkel een trilling, maar krachtig vuren wanneer beide prikkels samen optreden. Dit mechanisme helpt het brein vast te stellen of afzonderlijke signalen bij dezelfde gebeurtenis horen.
Evolutionaire convergentie in het hersenweefsel
De ontdekking van deze hiërarchie in het voorbrein van zebravissen wijst op een convergent organisatieprincipe bij gewervelden. Voor de hersenwetenschap betekent dit dat verschillende diersoorten via afzonderlijke evolutionaire paden op dezelfde rekenkundige logica zijn uitgekomen om een complexe omgeving te interpreteren.
Vervolgonderzoek moet uitwijzen welke cellulaire en moleculaire eigenschappen deze netwerken sturen en hoe multisensorische neuronen het besluitvormingsproces en het gedrag van dieren beïnvloeden.
Wat vindt u van de inzichten die transparante modelorganismen zoals zebravissen ons bieden over het menselijk brein? Deel uw gedachten in de reacties.
