Leden van een poolonderzoeksexpeditie hebben onderzoekers van Charité – Universitätsmedizin Berlin en het Max Planck Instituut voor Menselijke Ontwikkeling de gelegenheid geboden om de effecten van sociaal isolement en extreme omgevingscondities op het menselijk brein te bestuderen.
De onderzoekers vonden veranderingen in de gyrus_dentatus (getande gyrus, dentate gyrus) [2]), een gebied in de hippocampus [3], dat verantwoordelijk is voor ruimtelijk denken en geheugen. Resultaten van hun studie zijn gepubliceerd in The New England Journal of Medicine [4].
Als je een Antarctische expeditie naar het Neumayer-Station III – een Duits Antarctisch onderzoeksstation gerund door het Alfred Wegener Instituut, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) – onderneemt, dan betekent dat je geconfronteerd wordt met temperaturen tot 50 graden onder nul. Bovendien breng je de wintermaanden door in vrijwel volledige duisternis.
Het verblijf in het onderzoeksstation biedt weinig privacy of persoonlijke ruimte. Contact met de buitenwereld is minimaal. Hulp in nood of evacuatie, levering van voedsel en apparatuur zijn alleen mogelijk tijdens de relatief korte zomer.
“Dit extreme scenario biedt ons de mogelijkheid om de manieren te bestuderen waarop blootstelling aan extreme omstandigheden het menselijk brein beïnvloedt”, zegt onderzoeksleider Dr. Alexander Stahn van het Charité’s Institute of Physiology. Stahn is ook universitair docent aan de Perelman School of Medicine aan de Universiteit van Pennsylvania.
Stahn voerde het onderzoek uit samen met prof. Dr. Simone Kühn – groepsleider van de Lise Meitner Group for Environmental Neuroscience aan het Max Planck Institute for Human Development. Het team, ondersteund door de AWI, wilde bepalen of zo’n extreme expeditie naar Antarctica al dan niet veranderingen veroorzaakt in de structuur en het functioneren van de menselijk hersenen.
Vijf mannen en vier vrouwen hebben zich aangemeld om deel te nemen aan het onderzoek. Ze brachten in totaal 14 maanden in isolatie van de buitenwereld door op het onderzoeksstation in Antarctica. Voor, tijdens en na hun missie voltooiden de deelnemers een reeks computergebaseerde cognitieve tests.
In deze tests werd onder andere concentratie, geheugen, cognitieve reactietijd en ruimtelijk denken gemeten. Regelmatige bloedtesten werden uitgevoerd om de niveaus van een specifieke groeifactor te meten. Die groeifactor betrof BDNF. BDNF is een van de hersenen afgeleide neurotrofe factor. Het is een eiwit dat de groei van zenuwcellen en synapsen in de hersenen bevordert.
De onderzoekers pasten magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) toe om de hersenstructuur in elk van de deelnemers voor en na hun missie te bepalen. Ze deden dit om veranderingen in het volume van onderdelen van de hersenen vast te leggen. Daarbij ging speciale aandacht uit naar de hippocampus, een structuur diep in de hersenen. “Hiervoor hebben we een methode met zeer hoge resolutie ingezet. Daardoor konden we precieze metingen uit voeren op de afzonderlijke onderdelen van de hippocampus”, zegt prof. Kühn. Een controlegroep met ook negen deelnemers onderging dezelfde tests.
In de derde en laatste meting bleek dat de getande gyrus [2] kleiner was in leden van het expeditieteam dan in controlegroep. De getande gyrus (gyrus dentatus) is een gebied in de hippocampus dat een belangrijke rol speelt in ruimtelijk denken en geheugenvorming. De veranderingen gingen gepaard met een daling van het BDNF-niveau. Na amper drie maanden op Antarctica was het niveau van deze groeifactor aanzienlijk gedaald.
Cognitietesten toonden effecten aan op zowel ruimtelijke denken als selectieve aandacht. Selectieve aandacht maakt het mogelijk om irrelevante informatie te negeren. Herhaaldelijk dezelfde test afnemen leidt normaal tot verbeteringen in testresultaten vanwege een optredend leereffect. Dit leereffect was echter veel minder bij de deelnemers bij wie het volume van de gyrus dentatus was verminderd. De vermindering van het leervermogen bleek evenredig met het verloren volume.
“Gezien het kleine aantal deelnemers, moeten de resultaten van onze studie met voorzichtigheid worden bekeken”, legt Dr. Stahn uit. ”Maar de resultaten bieden wel een belangrijke conclusie die wordt ondersteund door eerste bevindingen bij muizen. Namelijk dat extreme omgevingscondities een negatief effect kunnen hebben op de hersenen en in het bijzonder op de productie van nieuwe zenuwcellen in de getande gyrus van de hippocampus”.
In een volgende stap zijn de onderzoekers van plan te onderzoeken wat het effect is van lichamelijke inspanning op veranderingen in de hersenen.
Vertaling: Dick Schrauwen [1]
Verwijzingen
[1] Bewerkt oorspronkelijk persbericht
– https://www.awi.de/en/about-us/service/press/press-release/how-extreme-environmental-conditions-affect-the-human-brain.html
[2] Gyrus dentatus, Getande gyrus, dentate gyrus
– https://nl.wikipedia.org/wiki/Gyrus_dentatus
[3] Hippocampus
– https://www.hersenstichting.nl/alles-over-hersenen/de-hersenen/anatomie/hippocampus
[4] Artikel
Stahn AC et al. Brain changes in response to long-duration Antarctic expeditions. New Engl J Med 381;23. doi: 10.1056/NEJMc1904905
– https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMc1904905