Ken je dat gevoel in je onderbuik? We beschouwen het als een aangeboren intuïtie die diep in de buik vonkt en onze acties helpt sturen, als we het toestaan. Het is ook een metafoor voor wat wetenschappers de ‘darm-hersenas’ noemen, een biologische realiteit waarin de darm en zijn microbiële bewoners signalen naar de hersenen sturen, en omgekeerd.
Het is geen verrassing dat de hersenen reageren op signalen in de darmen en motorische functies initiëren die betrokken zijn bij de spijsvertering. Geregeld door de hersenstam, zijn dit soort biologische basisacties grotendeels automatisch. Maar wat als het hogere brein – het denken, emotionele centra – ook werd beïnvloed door signalen in de darmen? Nieuw onderzoek van de Universiteit van Illinois bij ratten laat zien dat de hele hersenen reageren op de darmen, met name de dunne darm, via neuronale verbindingen.
Om de verbindingen in kaart te brengen, plaatsten onderzoekers neuron-liefhebbende virussen in de dunne darm van de ratten en volgden ze de virussen terwijl ze van neuron naar neuron gingen langs de vagus en spinale zenuwen en door de hersenen. Het idee was dat virusbeweging de beweging van normale signalen door neuronen van de darm naar de hersenen en terug nabootste.
“We zagen veel verbindingen in de hersenstam- en achterhersenenregio’s. We wisten dat deze regio’s betrokken zijn bij het waarnemen en beheersen van de organen van het lichaam, dus er waren daar geen grote verrassingen. Maar de dingen werden interessanter naarmate de virussen verder gingen. in delen van de hersenen die gewoonlijk worden beschouwd als emotionele centra of leercentra, cognitieve plaatsen.
Ze hebben al deze veelzijdige functies. Dus nadenken over hoe informatie uit de dunne darm die processen een klein beetje zou kunnen stimuleren, is echt gaaf “, zegt Coltan Parker, doctoraatsstudent in het Neuroscience-programma in Illinois en hoofdauteur van een studie gepubliceerd in Autonomic Neuroscience: Basic and Clinical.
De studie vertegenwoordigt de eerste volledige kaart van neuronale verbindingen tussen de dunne darm – wat Parker en zijn co-auteurs een ‘ondergeliefd’ deel van het spijsverteringssysteem noemen – en de hele hersenen. De betrokkenheid van cognitieve en emotionele centra geeft aan hoe het denkende brein soms ons gevoel van volheid onderdrukt, voer biedt om relaties tussen depressie en spijsverteringsproblemen te onderzoeken, en meer.
“Nu vinden we eigenlijk de neuro-anatomie die mogelijk betrokken is bij dat ‘gevoel in je onderbuik’,” zegt Megan Dailey, co-auteur en programmabeheerder aan het College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences in Illinois.
Naast het laten zien hoe uitgebreid de verbindingen tussen de dunne darm en de hersenen zijn, ontdekte de studie een zelden gedocumenteerd kenmerk van de neuronen zelf.
Wetenschappers hebben lang aangenomen dat sensaties vanuit de darmen, of waar dan ook in het lichaam, langs een set neuronen (de sensorische neuronen) naar de hersenen zijn gereisd, met instructies van de hersenen die terug reizen langs een afzonderlijke set neuronen (de motorneuronen). Maar in hun kaartstudie ontdekten onderzoekers van Illinois dat sommige van de neuronen – ongeveer de helft – zowel sensorische als motorsignalen uitzonden.
Ze waren in staat om binnen hetzelfde neuron te praten.
“Van de cortex tot de hersenstam, in vrijwel elke regio die we hebben onderzocht, was er een overlapping van 50% van sensorisch-motorische signalen. Het was consistent in de hersenen,” zegt co-auteur Elizabeth Davis van de studie. Davis is in 2018 afgestudeerd aan het Illinois Neuroscience Program en studeert momenteel als postdoctoraal onderzoeker aan de University of Southern California.
Hetzelfde patroon – 50% van de neuronen met zowel sensorische als motorische signaalcapaciteiten – was slechts een andere keer aangetoond, in een studie die neuronale verbindingen tussen vetweefsel en de hersenen in kaart bracht. De onderzoekers wijzen op nieuw bewijs van hetzelfde overspraakpatroon dat zou kunnen wijzen op een algemene architectuur van neuronale netwerken tussen het lichaam en de hersenen.
“Deze studie toont aan dat sensomotorische feedbacklussen overvloedig aanwezig zijn op alle niveaus van de hersenen. Tot nu toe was het echt onbekend hoe informatie in de dunne darm, over voedingsstoffen of iets anders, de hersenen kan bereiken en cognitief-emotionele effecten kan beïnvloeden. processen en hoe die processen weer terug kunnen komen en de darmen kunnen beïnvloeden ‘, zegt Parker. ‘Met meer onderzoek kunnen we eindelijk beginnen te begrijpen hoe honger ons’ hangry ‘maakt, of hoe een stressvolle dag een prikkelbare darm wordt.’