De Geheugenschakelaar van het Brein

In plaats van compleet nieuwe neuronen aan te werven voor elke herinnering, lijkt het brein deze minderheid van cellen dus te hergebruiken, waarbij informatiestromen worden onderscheiden door de timing en het patroon van hun elektrische ontlading. Deze opstelling stelt het brein in staat kneedbaar te blijven voor leren, terwijl de circuits die oudere herinneringen opslaan stabiel blijven.

Geheugenconsolidatie tijdens de slaap

Dezelfde CA1-hubneuronen die overdag de communicatie verzorgen, stoppen 's nachts niet met werken. Tijdens de slaap blijven ze hyperactief in zogenaamde 'sharp-wave ripples' (korte, hoogfrequente uitbarstingen van neurale activiteit), waarbij ze de vuurpatronen van wakker gedrag opnieuw afspelen . Deze nachtelijke herhalingslus staat centraal in geheugenconsolidatie, het proces waarbij fragiele nieuwe herinneringen worden omgezet in stabiele, langdurige opslag.

Eerder onderzoek ondersteunt het idee dat slaap het moment is waarop het brein herinneringen sorteert en stabiliseert. Een in 2025 door het Amerikaanse National Institutes of Health (NIH) gefinancierde studie toonde aan dat nieuwe en oude herinneringen tijdens de slaap worden gereactiveerd via verschillende fysiologische toestanden, waardoor ze gescheiden blijven . De studie van NYU Langone voegt hier een verklaring op circuitniveau aan toe: het schakelaarmechanisme houdt de route van de hippocampus naar de cortex tijdens de slaap open en zorgt ervoor dat de herhaling nieuwe informatie consolideert zonder oudere geheugensporen te verstoren.

Implicaties voor de ziekte van Alzheimer

Van het CA1-gebied is bekend dat het een van de eerste hersengebieden is die worden aangetast bij de ziekte van Alzheimer . Studies hebben zelfs aangetoond dat de organisatie van synapsen in de hippocampusformatie al vroeg in het ziekteproces kwetsbaar is, met verschillen in postsynaptische doelwitten en synapsvormen die al zichtbaar zijn terwijl de totale synaptische dichtheid nog normaal lijkt . In Nederland, waar ongeveer 290.000 mensen met dementie leven, is elk nieuw inzicht in de mechanismen achter deze ziekte van groot maatschappelijk belang.

Dr. Zhe S. Chen, mede-seniorauteur van de NYU Langone-studie, merkte op dat het nieuw ontdekte schakelaarmechanisme "aanwijzingen kan geven over hoe geheugencircuits falen bij de ziekte van Alzheimer en andere aandoeningen die het vermogen van het brein om gebeurtenissen te herinneren en plaatsen te vinden aantasten" . De Engelstalige term die de onderzoekers gebruiken voor dit fenomeen is 'memory switchboard failure'.

Als de CA1-hubcellen hun vermogen verliezen om aparte kanalen voor inkomende en uitgaande signalen te onderhouden, kan het brein nieuwe en oude informatie door elkaar gaan halen – of helemaal geen nieuwe herinneringen meer opslaan – wat het soort geheugenproblemen veroorzaakt dat bij Alzheimer wordt waargenomen . De hippocampus bevat ook verschillende lagen CA1-neuronen met unieke moleculaire kenmerken die mogelijk verschillend kwetsbaar zijn bij aandoeningen als Alzheimer en epilepsie, wat een extra laag complexiteit toevoegt aan ons begrip van hoe geheugencircuits aftakelen .

Een blauwdruk voor betere kunstmatige intelligentie

Naast de neurowetenschap en geneeskunde biedt deze ontdekking ook lessen voor kunstmatige intelligentie (AI). Huidige AI-systemen kampen met een bekend probleem dat 'catastrofaal vergeten' wordt genoemd: wanneer een neuraal netwerk wordt getraind op een nieuwe taak, overschrijft het vaak de 'gewichten' (de verbindingssterktes) die het voor eerdere taken heeft geleerd. Het zoogdierenbrein daarentegen kan continu leren zonder oude kennis te verliezen.

De NYU Langone-studie suggereert dat het brein dit bereikt door een architectonische scheiding van invoer- en uitvoerstromen binnen gedeelde circuits – een ontwerpprincipe dat zou kunnen worden vertaald naar AI-systemen van de volgende generatie . In plaats van volledige netwerken opnieuw te trainen op nieuwe data, zouden AI-architecturen analoge 'schakelaarmodules' kunnen bevatten die nieuwe informatie via speciale kanalen routeren terwijl bestaande representaties behouden blijven.

De onderzoekers beschreven hun bevindingen als een potentiële "biologische blauwdruk" voor het ontwerpen van AI die zichzelf continu kan bijwerken, een heilige graal in het vakgebied .

Kanttekeningen en vervolgstappen

Het is belangrijk om te vermelden dat deze studie is uitgevoerd bij muizen in een gecontroleerde laboratoriumomgeving. Hoewel de organisatie van de hippocampuscircuits bij zoogdieren evolutionair geconserveerd is, vereisen harde conclusies over het menselijk brein of meer naturalistisch geheugengedrag verder onderzoek .

Het NYU Langone-team is van plan te onderzoeken of soortgelijke schakelaar-achtige kanalen ook bestaan in andere geheugencircuits buiten de CA1-naar-cortex-route. Begrijpen of dit mechanisme breder toepasbaar is, zou zowel de neurowetenschappelijke inzichten als de toepassingen voor de behandeling van geheugenstoornissen kunnen vergroten.