Wetenschap

Herinneringen in muizen kunnen worden aangepast. Zijn wij hierna aan de beurt?

Met de lopende experimenten hopen onderzoekers in de toekomst behandelingen voor diverse mentale aandoeningen te vinden. Over de beloften en gevaren van de aanpak wordt gedebatteerd. vrijdag, 20 juli 2018

Door Sarah Gibbens

Kun je je nog herinneren dat je voor het eerst op een fiets reed? Of je eerste kus? Of je eerste liefdesverdriet? Bijzondere herinneringen en de emoties die ze oproepen, kunnen ook tientallen jaren na dato nog door ons hoofd spoken. Ze worden opgeslagen in ons geheugen en vormen een belangrijke basis voor onze ontwikkeling als individu.

Maar voor mensen die een ernstig ongeluk of trauma hebben meegemaakt, kunnen zulke herinneringen zeer pijnlijk en soms zelfs zó verontrustend zijn dat ze tot een leven van mentale stoornissen leiden. 

Maar stel dat traumatische herinneringen minder pijn en schade zouden veroorzaken? Nu ons inzicht in het menselijk brein steeds gedetailleerder wordt, werken verschillende groepen van neurowetenschappers aan technieken waarmee het geheugen kan worden gemanipuleerd en aandoeningen als posttraumatische stress en Alzheimer kunnen worden behandeld. 

Voorlopig wordt er met dieren gewerkt, vooral met muizen. Maar terwijl deze vroege experimenten steeds weer interessante resultaten opleveren, kijken wetenschappers al vooruit naar de mogelijkheid om ze ook op het menselijk geheugen toe te passen. Daarbij stuiten ze op de ethische vraag of we eigenlijk wel veranderingen mogen aanbrengen in zo’n belangrijk onderdeel van iemands identiteit.

Het is dus goed mogelijk dat we over niet al te lange tijd het menselijk geheugen kunnen aanpassen – maar willen we dat eigenlijk wel?  

Wat is een herinnering eigenlijk? 

Neurowetenschappers omschrijven het geheugen meestal als een verzameling ‘engrammen’ – fysieke veranderingen in het hersenweefsel die met specifieke herinneringen in verband staan. Uit hersenscans is onlangs gebleken dat een engram zich niet op één plek in het hersenweefsel bevindt, maar zich manifesteert als een soort kleurrijk organogram dat over de hele hersenen is verspreid.

“Een herinnering ziet er meer uit als een spinnenweb in het brein dan als één enkel plekje,” zegt neurowetenschapper en National Geographic-onderzoeker Steve Ramirez van de Boston University. De reden daarvoor is dat bij het vormen van een herinnering alle visuele, auditieve en tactiele informatie die een ervaring ‘memorabel’ maakt, wordt opgeslagen in hersencellen in die regio’s van het brein die voor die verschillende zintuiglijke waarnemingen verantwoordelijk zijn.

Wetenschappers zijn nu zelfs in staat om herinneringen op hun weg door de hersenen te traceren, als detectives die voetsporen in de sneeuw volgen.

In 2013 bereikten Ramirez en zijn onderzoekspartner Xu Liu een doorbraak: ze waren in staat om de cellen van één engram in de hersenen van een muis te isoleren en vervolgens een aangepaste herinnering in het muizenbrein te implanteren. In hun experiment reageerden muizen verschrikt op een bepaalde stimulus, ook al was die reactie niet van tevoren aangeleerd.

Muizenhersenen zijn minder complex dan die van de mens, maar volgens Ramirez kunnen neurowetenschappers dankzij het muizenbrein veel over het menselijk geheugen te weten komen. 

“Het menselijk brein is een Lamborghini, en wij werken met een driewieler, maar het zijn beide voertuigen op wielen,” zegt hij.

Kopiëren, bewaren, verwijderen

In hun huidige onderzoek verdiepen Ramirez en zijn collega’s zich in de vraag of positieve en negatieve herinneringen in verschillende soorten hersencellen worden opgeslagen en of negatieve herinneringen door positieve herinneringen kunnen worden ‘overschreven’.

Om de muizen op het experiment voor te bereiden injecteren de onderzoekers de hersenen van de dieren met een virus dat een fluorescerend proteïne bevat en brengen ze optische vezels in het hersenweefsel van de muizen aan. Vervolgens krijgen de muizen een dieet dat voorkomt dat het virus licht afgeeft, totdat de onderzoekers één enkele positieve of negatieve ervaring hebben kunnen isoleren.

Positieve herinneringen worden gecreëerd door de mannetjesmuizen een uur lang in kooitjes met vrouwtjesmuizen te zetten, terwijl de negatieve herinneringen worden gevormd wanneer de muizen in kooitjes worden geplaatst waarin ze lichte stroomschokjes door hun poten voelen. Wanneer een muis eenmaal heeft aangeleerd dat bepaalde signalen in verband staan met een positieve of negatieve ervaring, worden de cellen die met de positieve of negatieve engrammen van die ervaring worden geassocieerd, door middel van een korte operatie gestimuleerd. 

De onderzoekers ontdekten dat wanneer ze een muis in een kooitje plaatsten waar het dier schrik (stroom) ondervond, die schrikreactie afnam als de engrammen voor de positieve herinnering werden geactiveerd. De wetenschappers denken dat deze vorm van ‘hertraining’ van het geheugen kan helpen om enkele van de trauma’s die de muis heeft doorgemaakt, weg te nemen. 

“We gebruiken een positieve herinnering om het geheugen deels te wissen en er iets nieuws op te schrijven,” zegt Ramirez. Onduidelijk is nog of de oorspronkelijke negatieve herinneringen daarbij volledig verloren gaan of alleen maar worden onderdrukt. 

“Als het om een Word-document zou gaan, weten we niet of het als een nieuw document wordt opgeslagen of dat het origineel wordt vervangen en bewaard,” zegt Stephanie Grella, een van de leden van het team.

Met behulp van een andere techniek was neurowetenschapper Sheena Josselyn van de University of Toronto in staat om de angstreacties van muizen geheel te elimineren. Nadat zij de cellen van een specifiek engram had geïdentificeerd, zorgde haar team ervoor dat de proteïnen in die cellen gevoelig werden voor difterietoxine, een ziekte waar muizen normaliter geen last van hebben. Wanneer de muizen eenmaal met de toxine waren ingespoten, stierven de geïsoleerde cellen af en vertoonden de muizen geen schrikreactie meer.

“Het ging maar om een klein deel van deze cellen, maar de herinnering werd feitelijk uitgewist,” zegt ze.

Van muis naar mens 

Zowel Ramirez als Josselyn benadrukken dat hun werk met muizen fundamenteel en nog geen toegepast onderzoek is, maar beiden zien een mogelijke behandelingsmethode voor mensen in het verschiet liggen. 

“Traumatische herinneringen zouden kunnen worden ‘overschreven’ door positieve informatie,” zegt Ramirez. Zo zou het geheugen van mensen die lijden aan posttraumatische stress (PTSD) of depressie aangepast kunnen worden, zodat ze niet langer zo’n hevige emotionele reactie op pijnlijke herinneringen doormaken.

Josselyn hoopt dat het onderzoek dat nu bij muizen wordt verricht, in de toekomst gebruikt kan worden om mensen met hersenaandoeningen als schizofrenie en Alzheimer te behandelen. 

Maar verwacht voorlopig nog maar niet dat je een kliniek kunt binnenwandelen en daar je geheugen kunt laten aanpassen, zegt Ramirez.

Bij de experimenten met muizen wordt gebruikgemaakt van technieken waarbij de muizenhersenen direct met blauw licht worden beschenen. Daarvoor moet een gaatje in de schedel van de muis worden aangebracht om het hersenweefsel bloot te leggen, een methode die niet snel op mensen zal worden toegepast. Bij toekomstige behandelingen zou volgens Ramirez infrarood licht kunnen worden gebruikt, met een golflengte die door de menselijke huid dringt. Josselyn denkt dat het innemen of injecteren van chemische stoffen de meest haalbare optie is. Maar volgens de onderzoekers zal het waarschijnlijk nog tientallen jaren duren voordat dit soort technieken toepasbaar zijn. 

Maar willen we dit?

Mocht het op een dag mogelijk zijn om het menselijk geheugen aan te passen, wie zou zo’n behandeling dan mogen ondergaan? Zou ze alleen beschikbaar zijn voor mensen die het kunnen betalen? En hoe zit het met kinderen? En zou de rechtspraak niet worden ondermijnd als belangrijke getuigen en slachtoffers zich een misdaad niet meer kunnen herinneren? 

Het zijn dit soort vragen die volgens bio-ethicus Arthur Caplan van de New York University de moeite waard zijn om nu al over na te denken, nog voordat de technologie zover is dat ze als behandelmethode voor mensen zou kunnen worden ingezet. Caplan behoorde ook tot de eersten die de ethische kanten van de CRISPR-technologiebelichtte, een methode waarmee het genoom van menselijke embryo’s kan worden aangepast, waardoor potentieel wordt ingegrepen in hele generaties. 

“Ik ben er absoluut van overtuigd dat je al geruime tijd voordat de wetenschap zover is, moet gaan nadenken over de ethische kwesties rondom die wetenschap,” zegt hij.

Als het om het manipuleren van het geheugen gaat, moeten wetenschappers en politici volgens Caplan nadenken over de minimumvereisten die nodig zouden zijn voor iemand die in aanmerking voor zo’n behandeling wil komen. Het zou niet voor iedereen weggelegd moeten zijn, zegt hij, maar misschien alleen voor mensen die aan ernstige posttraumatische stress lijden of bij wie andere behandelingen geen resultaat hebben gehad. 

Als bijvoorbeeld het leger de techniek zou willen gebruiken om veteranen met PTSD te behandelen, zou het dan herinneringen van soldaten mogen aanpassen die weer terug naar het front gaan? 

“Zouden deze soldaten niet moeten weten dat ze vreselijke dingen hebben gedaan? Weerhoudt dit de soldaten ervan om opnieuw vreselijke dingen te doen? Of neem je het risico dat je het geheugen wist van mensen die vreselijke dingen hebben gedaan?” zo vraagt Caplan zich af. 

Terwijl neurowetenschappers hun onderzoek voortzetten, worden dit soort ethische overwegingen volgens hen ook meegenomen. 

“Het idee dat je herinneringen manipuleert kan en mag alleen in een ziekenhuisomgeving worden toegepast,” zegt Ramirez. Hij ziet de nieuwe mogelijkheden noch als iets positiefs noch als iets negatiefs. “Het is net als water, het hangt ervan af hoe je het gebruikt.” 

“Zoiets elementairs als water kan gebruikt worden om je lichaam te onderhouden, maar ook bij waterboarding worden ingezet. Als water al op een goede of slechte manier kan worden gebruikt, dan kan álles op een goede of slechte manier worden gebruikt,” zegt hij.

“Ik ben niet honderd procent tegen dit soort technieken,” meent Caplan. “Maar je moet er heel voorzichtig mee zijn.”

Lees meer