Nobelprijs voor onderzoek naar de ingebouwde gps in je hoofd

Deze week is Nobelprijzenweek. Het Noorse Nobelinstituut kende gisteren de eerste van het jaar toe, met die voor Fysiologie of Geneeskunde. Die gaat naar John O’Keefe en de Mosers, voor onderzoek naar ‘plaatsneuronen’ en ‘rasterneuronen’.

De Nobelprijs voor Geneeskunde is voor onderzoek naar oriëntatievermogen van mens en dier.

880.000 euro prijzengeld gaat naar de Amerikaans-Britse neurowetenschapper John O’Keefe (74) en het Noorse onderzoekersechtpaar May-Britt (51) en Edvard (52) Moser.

Waar zit het besef van waar je bent en waar je naartoe gaat? De hersenen van mens en dier beschikken over speciale neuronen die die informatie bijhouden. De ontdekkingen daarvan worden dit jaar beloond met de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde.

John O’Keefe ontdekte in 1971 diep in de hersenen van ratten, in de hippocampus, zogeheten ‘plaatsneuronen’: zenuwcellen die specifiek actief worden als het dier in de buurt van één bepaalde plek komt. Het echtpaar Moser borduurde daarop voort en ontdekte ruim dertig jaar later in een aanpalend hersengebied (de rhinocortex) ‘rasterneuronen’. Die geven de hersenen onafhankelijk van de waarneming een soort coördinatenstelsel waarmee de plaats van objecten in de ruimte bepaald kan worden. Samen leveren deze systemen een cognitieve kaart van de omgeving op, een gps avant la lettre.

Raadselachtig hersenfenomeen

„Hiermee is een enorm succesverhaal in de neurowetenschappen beloond”, zegt hersenwetenschapper Francesco Battaglia van het F.C. Donders Instituut van de Radboud Universiteit Nijmegen, die de drie laureaten persoonlijk kent. „Veel neurofysiologisch werk wordt gedaan aan de verwerking van zintuiglijke informatie en de aansturing van beweging. Maar dat zijn relatief eenvoudige hersenprocessen. Het ontrafelen van het oriëntatievermogen in de hersenen raakt echter aan cognitie. Dat is het belangrijkste, maar tegelijkertijd het meest raadselachtige fenomeen van de menselijke hersenen.”

Na de ontdekking dat plaatsneuronen en rasterneuronen een belangrijke rol spelen in het navigatievermogen van ratten, waardoor ze bijvoorbeeld in een doolhof verstopt voedsel kunnen terugvinden, is ook vastgesteld dat dergelijke systemen bij apen en mensen bestaan. Dat onderzoek gebeurde onder meer bij epilepsiepatiënten die voorafgaand aan een operatie elektroden in hun hersenen kregen om de bron van hun aanvallen te identificeren. Door hen in een virtuele omgeving te laten 'rondwandelen’ bleek dat zij inderdaad ook plaatscellen in hun hippocampus hadden, die specifiek vuurden als ze in de buurt van een bepaalde plaats kwamen. Ook voor het bestaan van rasterneuronen bij mensen bestaan aanwijzingen.

En dan herken je plekken terug

De fundamentele neurologische systemen in de hersenen verklaren hoe mensen de weg kunnen vinden in een huis, straat of stad die zij eerder hebben bezocht, of zich kunnen herinneren op welke plaats zij precies stonden bij een belangrijke gebeurtenis. De plaatsneuronen leren binnen luttele seconden vaste punten in een omgeving herkennen. Tijdens de slaap worden deze ervaringen door de hippocampus opnieuw afgespeeld, in precies dezelfde volgorde als in de eerdere ervaring.