Een hyperactief gen bevordert impulsief geweld

Hoe kan het dat sommige mensen gewelddadig worden als ze dronken zijn? Finse onderzoekers hebben een genetische afwijking gevonden die de neiging tot impulsief geweld van dronkaards vergroot.

Een voetbalkampioenschap staat garant voor een groot feest. Massa’s mensen gaan de straat op en vieren de victorie van ‘hun’ club. Maar als het feest over z’n top is en de geconsumeerde hoeveelheden drank niet meer te tellen zijn, breken de relletjes uit. Drank speelt vaak een rol in het escaleren van situaties. Zeker een ‘kwade dronk’ kan voor heel wat narigheid zorgen. Maar hoe kan het drank de één blij, spraakzaam en relaxed maakt, maar bij de ander agressie oproept? Onderzoekers van de Universiteit van Helsinki hebben een gen ontdekt dat hierin een rol speelt, genaamd het monoamine oxidase A (MAOA) gen . Mensen met een hyperactief exemplaar lijken vatbaarder voor een kwade dronk. Dit effect neemt wel af naarmate ze ouder worden, zo schrijven de onderzoekers in het blad ‘Alcolholism: Clinical & Experimental Research’. Een korte uitleg: Het gen is een blauwdruk voor het enzym MAOA. Dit enzym breekt moleculen - monoamines -, zoals dopamine, serotonine en noradrenaline, af. Het komt regelmatig voor dat dit gen een te hoge of te lage activiteit vertoont. Dan worden er dus teveel of te weinig moleculen afgebroken. Zo’n afwijking wordt vaak gekoppeld aan asociaal gedrag. Om deze relatie aan te tonen namen de Finse onderzoekers 174 mannen die onder invloed geweld hadden gepleegd. De combinatie geweld en alcohol was hier immers duidelijk. Zij werden genetisch getest, hun drinkverleden werd onder de loep genomen en er werd gekeken of ze gewelddadige recidivisten waren. Zware drinkers met een hoge activiteit van MAOA, bleken onder invloed veel vatbaarder voor geweld. De onderzoekers hebben hier zelfs percentages aan weten te koppelen. Per kilo - zo’n 1,267 liter - pure alcohol per jaar meer, neemt het risico op impulsief geweld toe met 2,3 procent. De gemiddelde Finse alcoholconsumptie is tien kilo per jaar, wat neerkomt op twee drankjes per dag. De gewelddadige recidivisten zaten gemiddeld op 72 kilo, zo’n vijftien borrels per dag dus. Hier tegenover staat dan weer de gunstige invloed van leeftijd. Hoe ouder, hoe braver. Per jaar neemt het risico op impulsief geweld met 7,3 procent af. Agressieve dronkaards kunnen over hun gewelddadige neigingen heen groeien. De kennis van een eventuele genetische aanleg tot dronken geweld kan volgens de onderzoekers tot een betere aanpak van dit type criminelen leiden. Ten eerste kunnen deze mannen begeleid worden om alcoholloos te leven. Daarnaast zou er naar medicijnen gezocht kunnen worden die de serotonineniveaus oppeppen en zo de vergrote afbreuk hiervan compenseren. Ook kan er gekeken worden naar mannen die in de gevangenis zitten. Als ze over hun daden heen kunnen groeien, is het wellicht zinnig ze eerder vrij te laten. Zo krijgen zij de kans nog een normaal leven te leiden en wordt de overheid een hoop geld bespaard. Johan Schaeffer Tikkanen, R., ‘Effects of MAOA-genotype, Alcohol Consumption, and Ageing on Violent Behavior’, in: Alcoholism: Clinical & Experimental Research, maart 2009

D

Hardleerse beleggers

Rokers nemen op een andere manier beslissingen dan niet-rokers. In een beleggingsspel leren ze niet van hun eerdere ervaringen: ‘wat had kunnen zijn’ nemen ze niet mee in hun volgende beslissingen. Hoe dit komt, weten de onderzoekers niet, maar het is in ieder geval niet zo dat de hersenen van rokers anders werken.

Rokers nemen op een andere manier beslissingen dan niet-rokers. Dat blijkt uit onderzoek dat Read Montague en zijn collega’s gisteren publiceerden in het prestigieuze vakblad Nature Neuroscience. Proefpersonen kregen 100 dollar om te beleggen in een fictieve aandelenmarkt. Ze mochten telkens kiezen hoeveel ze daarvan investeerden. Vervolgens hoorden ze hoe de markt zich had ontwikkeld en wat hun winst was. Hierna mochten ze in de volgende beleggingsronde opnieuw investeren.

Normaal gesproken laten mensen die volgende investeringen afhangen van een aantal factoren, waaronder de winst die ze hadden kunnen maken als ze meer hadden geïnvesteerd. Hoe groter de ‘winst die had kunnen zijn’ in dit alternatieve scenario, hoe meer geld de proefpersoon vervolgens bereid is in te zetten. Ze hebben dus geleerd van de vorige keer en proberen het deze keer beter te doen.

Normaal gesproken neem je eerdere ervaringen – zoals de winst die je had kunnen maken als je wat meer risico had genomen – mee in je volgende beslissingen.

Rokers niet gevoelig voor ‘wat had kunnen zijn’

Rokers blijken echter niet gevoelig te zijn voor ‘wat had kunnen zijn’: zij laten de waarde van het alternatief niet meewegen in hun volgende investeringsbeslissing. Hiermee laten ze een kans om te leren van hun ervaringen voorbij gaan. Het maakt daarbij overigens weinig verschil of de rokers pas nog gerookt hebben of juist naar een sigaretje snakken.

Hoe het verschil in strategie tussen rokers en niet-rokers ontstaat, weten Montague en zijn collega’s niet. Hun onderzoek wijst uit dat het in ieder geval niet zo is dat nicotine het beslisproces in het brein aantast. De hersenen van beide groepen vertoonden tijdens het beleggen namelijk dezelfde activiteit. Klaarblijkelijk werkt het brein van een roker dus prima, maar negeert hij de signalen van zijn eigen hersenen.

Om de hersenactiviteit van de proefpersonen te meten gebruikten de onderzoekers een fMRI. Een fMRI-scanner (voluit: functional magnetic resonance imaging scanner) maakt een soort driedimensionale foto van het brein, waarbij gebieden die op dat moment actiever zijn dan de rest – en dus beter doorbloed – oplichten. Op deze manier kun je bijvoorbeeld zien welk deel van het brein reageert als iemand een beslissing maakt.

Dopaminebrein

Toch sluiten de onderzoekers niet uit dat deze ontkoppeling van hersenactiviteit en gedrag toch samenhangt met het roken zelf of de aanleg tot verslaving. Daarbij zou dopamine een rol kunnen spelen. Dopamine is een stofje dat vrijkomt in het brein na het roken van een sigaret, en dat onder meer zorgt dat je je prettig voelt. Het stofje is echter ook belangrijk voor de communicatie tussen verschillende hersengebieden. Om te weten te komen of dit inderdaad de reden is dat rokers en niet-rokers het beleggingsspel anders spelen, is verder onderzoek nodig.

Read Montague schreef ook het populair-wetenschappelijke boek ‘Waarom kies je dit boek?’ over hoe het menselijk brein beslissingen neemt.

Vrije wil illusie?

Genen voorspellen je keuze

Het lijkt wel alsof de wetenschap het heeft gemunt op de vrije wil. Vorig jaar bleek dat hersenactiviteit een keuze kon voorspellen voor mensen hem maakten, nu zijn er weer drie genen gevonden die bepalen voor welke strategie je kiest.

Het was een leuk proefje dat een aantal Duitse onderzoekers een tijdje geleden deed. Laat een aantal mensen een keuze maken, en kijk tegelijkertijd naar hun hersenactiviteit. Op grond van die activiteit kon tot tien seconden voor de daadwerkelijke beslissing worden voorspeld welke keuze iemand ging maken.

Dat is natuurlijk geen goed nieuws voor de vrije wil. Is het menselijke gevoel van keuzevrijheid dan toch een illusie? Ook nieuw Amerikaans onderzoek roept die vraag op. Ditmaal zijn het de genen die voorspellende gaven blijken te hebben, aldus een artikel in Nature Neuroscience.

Genotstofje
Het gaat om drie genen die verantwoordelijk zijn voor de productie van dopamine, een signaalstof in de hersenen die een prettig gevoel geeft. Twee gen-varianten, DARPP-32 en DRD2, beïnvloeden de productie van dopamine in de basale ganglia, hersengebieden die betrokken zijn bij de controle van bewegingen. Een derde gen-variant - COMT – controleert het dopamineniveau in de prefrontale cortex. Dit hersengebied is onder meer verantwoordelijk voor het maken van plannen en het nemen van beslissingen.

Beschik je over de eerste twee genen, dan is de kans groot dat je grote veranderingen vermijdt en je gedrag in kleine stapjes aanpast op grond van eerdere ervaringen. Beschik je over het derde gen, dan kies je er eerder voor een sprong in het diepe te wagen om te kijken wat dat oplevert. Althans, bij het uitvoeren van het proefje dat Michael Frank van het Brown Institute for Brain Science bedacht.

Stop de klok! 
Hij zette 73 studenten van gemiddeld 19 jaar oud voor een klok met één wijzer, die in vijf seconden helemaal rond ging. De studenten kregen de opdracht om de wijzer stil te zetten vóór hij helemaal rond was, door de spatiebalk van een toetsenbord aan te slaan. De uitdaging was om zoveel mogelijk punten te behalen, en het moment waarop ze de wijzer stilhielden bepaalde hoeveel punten ze kregen.

Wat de proefpersonen niet te horen kregen, was op welke manier ze de meeste punten konden behalen. Dat moesten ze zelf zien uit te vinden door de klok op verschillende momenten stil te zetten. Daarbij kwam een duidelijk verschil in strategie naar voren. De bezitters van DARP32- of DRD2-gen pasten hun gedrag stapje voor stapje aan. Als ze de weinig punten kregen door de wijzer stil te zetten op de zeven, zetten ze hem de daaropvolgende keer net iets voor of na de zeven stil, om te kijken of ze dan iets meer punten kregen.

Eigenaren van het COMT-gen waren avontuurlijker ingesteld. Die waren veel meer geneigd om de wijzer op een heel andere plek stil te zetten, ook al wisten ze vooraf niet of dat een beter of een slechter resultaat op zou leveren.

‘In sommige gevallen kan een enkel gen een opvallend sterke invloed hebben op een bepaald aspect van gedrag`, concludeert Frank, in dit geval dus het soort leertraject dat iemand doorloopt. Dat zou inzicht kunnen geven in welke leeromgeving voor een bepaalde student het meest geschikt is, denkt Frank.

Waar is de vrije wil?
Dat zou natuurlijk een mooie toepassing zijn van dit onderzoek. Maar is er nu niet weer een klein stukje afgeknabbeld van de comfortabele illusie dat er zoiets bestaat als de vrije wil? Als het niet je hersenactiviteit is, dan is het wel weer een of ander gen dat al vooraf inzicht biedt in welke beslissing je gaat nemen, ben je geneigd te denken.

Zo simpel ligt het gelukkig niet. Matt Ridley schreef in 2003 al dat mensen hun genen aan en uit kunnen zetten met hun gedrag. Een verandering van levensstijl kan dus de werking van je genen veranderen. De arts Dean Ornish heeft ook veel onderzoek in die richting gedaan, en zijn conclusie is ondubbelzinnig: ‘Your genes are not your fate’. 

Dat geeft dus weer enige ruimte voor de vrije wil. Maar de keuze om je levensstijl te veranderen, is die dan wel vrij, of toch weer het gevolg van je genen of je hersenactiviteit? Wie het weet, mag het zeggen. Het blijft een ondoorgrondelijk mysterie, die vrije wil.

Bouwe van Straten

Michael Frank e.a., ‘Prefrontal and striatal dopaminergic genes predict individual differences in exploration and exploitation’, in: Nature Neuroscience, augustus 2009.

Schizofreen of creatief?

De hersenen van creatieve mensen lijken in bepaalde opzichten op die van mensen met schizofrenie.

Het dopaminesysteem in de hersenen van gezonde, maar zeer creatieve mensen lijkt op dat van patiënten met schizofrenie. Dat ontdekten onderzoekers van het Zweedse Karolinska Institutet. De gelijkenis zou kunnen verklaren waarom creatieve gaven vaker voorkomen bij mensen uit families met een geschiedenis van mentale aandoeningen, schrijven ze in PLoS ONE.

Het onderzoek van dokter Fredrik Ullen en collegae spitste zich toe op de thalamus. Dat is het hersengebied dat allerlei informatie filtert voordat het wordt doorgestuurd naar de cortex, waar zaken als nadenken, redeneren en het maken van keuzes plaatsvinden. In beide onderzochte groepen bleken duidelijk minder dopamine D2-receptoren aanwezig te zijn. 'Dat betekent waarschijnlijk dat er minder informatie wordt gefilterd, zodat er meer informatie naar de cortex gaat', aldus Ullen.

Dat mechanisme zou kunnen verklaren waarom creatieve mensen vaak ongewone oplossingen voor een probleem verzinnen, maar ook waarom mensen met schizofrenie soms met de meest bizarre associaties komen, denkt Ullen. 'Want thinking outside the box is natuurlijk een stuk makkelijker als je box niet helemaal intact is.'

Bouwe van Straten

Eén peptide, meerdere verslavingen

Een aantal variaties in de genen die coderen voor het hormoon ghreline en de ghreline-receptor stimuleren het beloningsysteem in de hersenen. De genvariaties zijn al aangetroffen bij patiënten met verschillende verslavingen, waaronder overeten en alcoholmisbruik. Wie een genetische verandering heeft in de ghreline genen is dus gevoelig voor verschillende verslavingen, zo denken farmacologen van de universiteit van Göteborg in Zweden.

Het hormoon ghreline komt vooral voor in de maag, maar wordt ook gevonden in de hersenen. Ghreline reguleert de voedselopname door het hongergevoel aan te wakkeren en de drang tot eten te stimuleren. Sommige patiënten die zichzelf overeten, hebben een verhoogde concentratie ghreline in het bloed. Maar ook bij een aantal alcoholisten komt het hormoon in buitensporige concentraties voor. Heeft ghreline dan ook nog een andere functie?

Mensen die zichzelf overeten hebben soms een verhoogde concentratie ghreline in het bloed.

Farmacoloog Jörgen Engel van de universiteit van Göteborg ontdekte dat ghreline ook verantwoordelijk is voor verslavingsgedrag. Het geeft de hersenen van verslaafde patiënten een beloning door te binden aan receptoren die het hormoon dopamine vrijgeven. Dopamine zorgt voor een gevoel van genot en blijdschap, waardoor mensen aangezet worden om te blijven eten of drinken. En ondanks dat iedereen een beetje ghreline in zijn bloed heeft, zijn we toch niet allemaal verslaafd.

Dit komt doordat ghreline en de ghreline-receptor er bij verslaafde patiënten net iets anders uitzien dan bij gezonde mensen. Kleine variaties in de genen die coderen voor het hormoon en zijn receptor maken in dit geval het grote verschil tussen een gezelligheidsdrinker en een alcoholist. Engel ontdekte overeenkomstige genetische veranderingen bij mensen met een eetstoornis en alcoholisten. Eén variatie in de ghreline genen zorgt er dus voor dat men gevoelig is voor meerdere verslavingen.

Eén genetische verandering in de ghreline genen maakt het verschil tussen een gezelligheidsdrinker en een alcoholist. Bovendien maakt een genetische verandering in de ghreline genen je gelijk gevoelig voor meerdere verslavingen.

Engel geeft hiervoor als uitleg dat het hormoon ghreline in eerste instantie verantwoordelijk voor de energiebalans en de voedselopname van ons lichaam. Vandaar dat mensen met een verhoogde concentratie ghreline in het bloed zichzelf overeten. Alcohol is erg calorierijk en daarom reageert de ghreline-receptor hier erg sgterk op. Door veel alcohol te drinken, krijg je feitelijk een hoop calorieën binnen. Vandaar dat dit verslavingsgedrag via ghreline wordt beloond.

Training vergroot concentratie

Een korte training kan jonge kinderen helpen zich beter te concentreren. Amerikaanse psychologen schrijven dat deze week in PNAS. Maar ontwikkeling en erfelijkheid spelen net zo goed een rol.

Zonder concentratie wordt het niks op school. De capaciteit om de aandacht te kunnen richten op een bepaalde persoon, plaats of voorwerp, is een vaardigheid die een kind ergens tussen het tweede en het zevende levensjaar begint te ontwikkelen. Problemen in die ontwikkeling leiden mogelijk tot aandachtsstoornissen als ADHD. De Amerikaanse ontwikkelingspsycholoog Robert Rosario Rueda van de Universiteit van Oregon laat deze week in Proceedings of the National Academy of Sciences zien dat een korte training van vijf dagen de concentratie bij kinderen kan verbeteren en ze hoger laat scoren op een intelligentietest. Rueda en collega’s werkten met 49 vierjarigen en 24 zesjarigen. De helft van hen onderging de concentratietraining, de andere helft fungeerde als controlegroep. De training bestond uit een aangepaste versie van het programma waarmee makaken zijn voorbereid op een ruimtereis. Ook die moesten het koppie erbij houden. Opgepast. Op een beeldscherm verschijnt een horizontale rij met vijf visjes. De kleuter achter de knoppen moet aangeven naar welke kant de middelste vis zwemt. Alleen de middelste is van belang, de andere vissen wijzen soms dezelfde richting op en soms tegengesteld. De kleuter moet zo snel mogelijk het pijltje naar links of naar rechts indrukken. De computer houdt de score bij en de responstijden. Tijdens de vijf trainingsdagen speelden de kinderen ook andere aandachtshongerige computerspelletjes. Vooraf en na afloop van de trainingsperiode werden de kinderen getest en hun scores werden vergeleken met de even oude controlegroep die geen training kreeg. Daaruit volgde dat vooral de zesjarigen beter presteerden na de concentratietraining. Hun vooruitgang op de intelligentietest was twee keer groter dan bij de controlegroep en ze maakten iets minder fouten in de concentratietest. Voor vierjarigen kwam het effect van de concentratietraining minder duidelijk uit de verf. Rauda en collega’s denken nu dat de training de mentale ontwikkeling bespoedigt. Het aardige is dat ze die gedachte illustreren met een reeks van hersengolven die ze bij de proefpersonen hebben geregistreerd. De golven tonen de hersenactiviteit wanneer de proefpersoon met een ‘conflict’ geconfronteerd wordt. Een voorbeeld van zo’n ‘conflict’ is als op het scherm alle visjes naar rechts zwemmen, behalve de middelste, die naar links zwemt. Bij een volwasssene geeft dat een mooie dip te zien in het hersenfilmpje. De hersengolven van een getrainde zesjarige laten een soortgelijke dip zien, terwijl de respons van een ongetraind kind er heel anders uitziet. Dat komt doordat een ongetraind kind vooral zijn frontale cortex gebruikt, terwijl een getraind klasgenootje een hersengebied ter hoogte van zijn slapen inschakelt, net als een volwassene dat doet. De training heeft de verwerking van informatie door de hersenen zichtbaar veranderd. Ook kwam Rueda een genetisch verschil op het spoor. Het gen DAT1, dat verband houdt met de productie van de neurotransmitter dopamine, komt in een lange en korte versie voor. Kinderen met twee lange versies van dat gen zijn vaak minder extravert en kunnen zich beter concentreren dan kinderen met een lange en een korte versie. Rueda vond dat vooral kinderen met het kortere DAT1-gen baat hadden bij de training. Commentatoren Holmboe en Johnson geloven dat de concentratietest interessante mogelijkheden biedt voor de behandeling van concentratiestoornissen, zoals ADHD. En, voegen ze er aan toe, we weten nu ook dat toekomstige trainingsprogramma’s rekening dienen te houden met zowel de ontwikkeling als met de genetische aanleg van het kind. Jos Wassink M. Rosaria Rueda, Mary K. Rothbart, Bruce D. McCandliss, Lisa Saccomanno en Michael I. Posner: “Training, maturation, and genetic influences on the development of executive attention”, PNAS, 27 sept 2005 Karla Holmboe en Mark Johnson: “Exercising attention / Educating Executive attention”, PNAS, 27 sept 2005

Gentherapie tegen luiheid

Luie apen zijn om te toveren tot workaholics. Met een soort DNA-injectie schakelden neurologen een gen uit bij resusapen, waarna de dieren vlijtiger en efficiënter te werk gingen.

Doel van de gentherapie was de toegang tot de hersenen te blokkeren voor de genotsstof dopamine. Na deze behandeling gingen de apen niet alleen harder werken, ze maakten ook nog eens minder fouten, melden de onderzoekers in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences. Apen zijn soms net mensen wat betreft hun werkhouding. Als het doel of de beloning nog lang niet in zicht is, verslapt de motivatie van de dieren en gaan ze minder hard werken. Maar komt de deadline dichterbij, dan gaan ze weer harder werken. Deze begrijpelijke werkhouding verandert echter dramatisch zodra een slechts een enkel gen in het DNA van de dieren wordt uitgeschakeld, ontdekten de neurologen van het Amerikaanse National Institute of Mental Health. De onderzoekers ontwikkelden een methode die het zogeheten D2-gen blokkeert. Dit gen zorgt ervoor dat in de hersenen landingsplaatsen worden aangemaakt voor dopamine - een stof die vaak in verband wordt gebracht met beloning, beweging en een hele trits andere belangrijke hersenfuncties. Nadat het D2-gen door middel van een injectie was uitgeschakeld, maakten de onderzoekers de werkhouding van de apen op. Ze lieten de dieren eenvoudige, maar soms tijdrovende taken uitvoeren. Zo moesten de apen knoppen bedienen als ze bepaalde kleuren te zien kregen op een scherm. De dieren konden ook aflezen hoe lang het nog zou duren voordat ze hun beloning kregen, dat bestond uit een slokje water. Normaal gesproken voeren apen deze test beter en ijveriger uit zodra het moment van de beloning dichterbij komt. Maar de apen waarvan het D2-gen was uitgeschakeld bleven voortdurend alert en maakten gedurende de hele test veel minder fouten, merkten de onderzoekers op. Doordat het D2-gen was uitgeschakeld konden de apen waarschijnlijk niet meer inschatten hoe vaak ze de knopjestest nog moesten uitvoeren om hun beloning te krijgen. “De apen veranderden in extreme workaholics, iets wat duidelijk niet bij hun natuurlijke gedrag past,” liet Barry Richmond, een van de onderzoekers, weten in een persbericht. Het effect van de behandeling was overigens maar tijdelijk. Na ongeveer drie maanden waren de apen weer helemaal de luie oude. Hoewel ongetwijfeld veel uitgebluste werknemers wel eens zo’n behandeling willen proberen, wil Richmond zich met zijn vervolgonderzoek vooral richten op allerlei psychische aandoeningen. “Depressieve mensen bijvoorbeeld denken vaak dat niets de inspanning waard is,” aldus Richmond. “Iemand met een dwangstoornis werkt echter onophoudelijk door. Ook al is de beloning al uitgekeerd, dan nog wil men de taak opnieuw uitvoeren. Mensen met een manie werken daarentegen weer koortsachtig voor een beloning die voor anderen de moeite niet waard zijn.” Stuk voor stuk aandoeningen waarbij mogelijk een verstoring van het D2-gen in het spel is. Aschwin Tenfelde Zheng Liu et al.: DNA targeting of rhinal cortex D2 receptor protein reversibility block learning of cues that predict reward. In PNAS, vol. 101, p.12336-12341 (17 augustus 2004).

Dopamine heeft invloed op de duur van de herinnering

Trauma’s worden vaak in geuren en kleuren in het geheugen opgeslagen. Maar wat bepaalt hoe lang deze herinneringen blijven bestaan? Braziliaanse onderzoekers stelden vast dat de boodschapperstof dopamine hier een rol in speelt. Dopamine is vooral belangrijk op het moment dat de herinnering wordt ingebed in het langetermijngeheugen.

Het geheugen wordt wel eens vergeleken met een bos. Elke keer als er iemand doorheen loopt worden er takjes en blaadjes platgestampt, en hoe vaker dat gebeurt, hoe makkelijker het pad te bewandelen is. Zo ook met geheugensporen. Maar bij een vervelende gebeurtenis gaat het anders, dan rijdt er een bulldozer door het bos. Het spoor wordt direct gevormd en van dichtgroeien is voorlopig geen sprake.

Naar dit bulldozerpad wordt veel onderzoek gedaan. De Braziliaanse onderzoekster Janine Rossato wilde weten waarom sommige van deze langetermijnherinneringen langer beklijven dan andere. Rossato gebruikte voor haar onderzoek ratten die ze een elektrische schok gaf.

De ratten ontwikkelden een langdurige angst. Veertien dagen na de schok meden ze nog steeds de plek des onheils. En dat is lang voor een rat. Het ging heel anders wanneer de ratten 12 uur na de schok een stof ingespoten kregen. Het trauma werd niet in het geheugen vastgelegd en de ratten liepen rond alsof er niets gebeurd was.

In de injectie zat een stof die de dopaminereceptoren in het brein blokkeerde. Dopamine is een boodschappermolecuul dat de communicatie tussen hersencellen verzorgt. Wanneer de onderzoekers een stof inspoten die juist het rondpompen van dopamine stimuleerde, werd de herinnering extra sterk opgeslagen.

Merel Kindt, hoogleraar klinische psychologie aan de Universiteit van Amsterdam, deed eerder dit jaar onderzoek naar het wissen van angstresponsen bij mensen.  Proefpersonen die een tijdje naar akelige plaatjes hadden moeten kijken, hadden beduidend minder last van akelige nabelevingen als ze vlak na de fotosessie bètablokkers slikten. Volgens Kindt is het onderzoek van Rossato ‘verassend omdat het voor het eerst de rol van dopamine bij langetermijnherinneringen bestudeert’. Dopamine wordt normaal gesproken vooral in verband gebracht met motivatie.

Kindt noemt het opvallend dat het tijdstip van de injectie zo belangrijk blijkt te zijn. Wanneer de blokkerende stof direct na de schok werd ingespoten, bleven de ratten langdurig kampen met hun vervelende herinneringen. Dopamine doet dus kennelijk zijn werk tijdens het inbedden van de herinnering. Het is de benzine van de bulldozer.

Dit soort onderzoek zou kunnen bijdragen aan oplossingen voor mensen met een posttraumatische stressstoornis. De vraag is wel of bij gerommel aan nare herinneringen niet het hele geheugen overhoop haalt, en ook bijvoorbeeld de herinnering aan de eerste kus met je geliefde wist. Volgens Kindt is dat niet het geval. In haar onderzoek werd alleen de angstreactie van de nare herinnering losgekoppeld, de herinnering zelf werd niet gewist.

 

Susanne Linssen

 

'Dopamine Controls Persistence of Long-Term Memory Storage',
Janine I. Rossato. Science, 21 augustus, 2009.

 

Erfelijke aandoening THD is meestal goed te behandelen

Het enzym Tyrosine Hydroxylase is essentieel voor de productie van dopamine. Een defect in dit enzym veroorzaakt bij een kleine groep kinderen een ernstige bewegingsstoornis en ontwikkelingsachterstand. Via een ruggenprik is deze ziekte, die THD wordt genoemd, snel op te sporen. Hoe eerder, hoe beter, want de ziekte is meestal goed te behandelen.

Het duurt vaak lang voordat bij kinderen met THD (Tyrosine Hydroxylase Deficiency) de juiste diagnose wordt gesteld. Dat is begrijpelijk, omdat het een zeldzame erfelijke stofwisselingsziekte is die artsen niet vaak te zien krijgen. Bovendien wijzen de symptomen, zoals een gestoorde motorische ontwikkeling en/of cognitieve problemen, vaak in de richting van allerlei andere aandoeningen. “Toch is bij deze ziekte een vroege herkenning van groot belang”, zegt dr. ir. Marcel Verbeek, van de afdelingen Neurologie en Laboratoriumgeneeskunde in het UMC St Radboud. “Waarom? Omdat de ziekte meestal goed is te behandelen. We zien soms spectaculaire verbeteringen, waarbij kinderen hun rolstoel niet meer nodig hebben en weer zelfstandig kunnen lopen.”

Samen met nationale en internationale collega’s publiceerde Verbeek onlangs in Brain een overzichtsartikel met de nieuwste bevindingen over de ziekte. Een enzym dat normaal gesproken het aminozuur tyrosine omzet in L-dopa ligt aan de basis van de ziekte. L-dopa is de basisstof voor dopamine. En dopamine is een stof die onder andere belangrijk is bij de ontwikkeling van de foetus, de regulering van de bloeddruk en de aansturing van ons motorische systeem. Zitten er genetische foutjes in het enzym dat tyrosine omzet in L-dopa, dan maken kinderen te weinig L-dopa en dus ook te weinig dopamine aan.

Verbeek: “Dat dopaminegebrek leidt tot slappe spieren, soms zo erg dat kinderen nooit leren lopen. We zien ook kinderen met een ernstige ontwikkelingsachterstand, afwijkende standen van ledematen, mentale retardatie, slaapproblemen, epileptische aanvallen; kortom, er bestaat een hele waaier aan symptomen. We hebben nu voor het eerst in kaart gebracht, dat de ernst van de symptomen direct samenhangt met de ernst van het genetisch defect. Is het gen sterk veranderd en wordt nauwelijks nog dopamine aangemaakt, dan zien we kinderen die ernstig ziek zijn. Is het gen minder ernstig veranderd en wordt er nog een redelijke hoeveelheid dopamine aangemaakt, dan zijn de symptomen veel milder.”

De onderzoekers kwamen tot dat onderscheid omdat voor het vaststellen van de ziekte een ruggenprik noodzakelijk is. Verbeek: “De concentratie dopamine is niet direct te meten, dus kijken we naar de afbraakproducten van dopamine in het hersen- en ruggenmergvocht. Zien we veel te weinig afbraakproducten, dan weten we vrijwel zeker dat het om THD gaat. Absolute zekerheid krijgen we daarna door naar de foutjes in het betrokken gen te kijken. Op basis van die combinatie aan gegevens zagen we dat THD één ziekte is met twee verschijningsvormen; een milde en een ernstige variant.”

Het onderscheid in een milde en ernstige variant is ook van belang voor de behandeling, die bestaat uit toediening van L-dopa. Die stof wordt door het lichaam automatisch wordt omgezet in dopamine. In dat opzicht lijkt THD enigszins op de ziekte van Parkinson, dat een totaal andere oorzaak heeft, maar waarbij het tekort aan dopamine in eerste instantie ook met L-dopa wordt bestreden. 

Verbeek: “Dopamine werkt via dopaminereceptoren. Bij de ernstige groep patiënten hebben die receptoren niet of nauwelijks ooit dopamine ‘gezien’. Als je dan een behandeling start en je geeft meteen een flinke dosis L-dopa, dan krijg je een enorme overreactie in de hersenen, dan raken de receptoren helemaal ‘overstressed’.  Kinderen die nauwelijks bewegen en heel slap zijn, gaan dan ineens overmatig en ongecontroleerd bewegen. Tot voor kort was dat nog een reden om de behandeling te staken. Nu weten we dat we dat niet moeten doen. Bij deze groep ernstige patiënten begin je met een hele lage dosis L-dopa en voer je die héél langzaam op.”

De afdeling Laboratoriumgeneeskunde in Nijmegen heeft inmiddels zoveel expertise opgebouwd in de biochemische en genetische tests, dat ze patiëntenmateriaal krijgt toegestuurd vanuit de hele wereld, tot aan Azië en Zuid-Amerika toe. Verbeek benadrukt dat artsen bij verdenking op deze ziekte vooral niet moeten aarzelen om via een ruggenprik meer zekerheid te krijgen. Gaat het echt om THD, dan is immers behandeling mogelijk.

De dynamiek van dutjes (w24, 2006)

Lerende fruitvlieg slaapt meer

Een fruitvlieg heeft meer slaap nodig als hij net iets nieuws heeft geleerd, toont een intrigerende reeks proeven aan. De hersenstof dopamine speelt daar een sleutelrol bij.

Waarom slapen we? Het lijkt tijdverspilling, en nog gevaarlijk bovendien. Wie slaapt, is een gemakkelijke prooi. Toch kan bijna niemand zonder slaap. Wij mensen niet, maar dieren evenmin. Zelfs vliegjes kunnen niet leven zonder regelmatig een dutje te doen. Slaaponderzoekers maken daar dankbaar gebruik van. Indrani Ganguly-Fitzgerald bijvoorbeeld, een medewerker van het Neurosciences Institute in San Diego (VS). Zij ging na of de belevenissen van een wakker fruitvliegje zijn slaapbehoefte beïnvloeden. Het resultaat van haar uitgebreide serie experimenten, opgeschreven met hulp van twee collega’s, verschijnt vandaag in het tijdschrift Science.

Direct na het ontpoppen zette de onderzoekster fruitvliegjes in een reageerbuisje. In hun eentje, of juist met een hele horde soortgenoten als gezelschap. Vijf dagen later werd hun slaapbehoefte getest in een opstelling die de beweging van een vliegje registreerde. ’s Nachts gedroegen de beestjes uit de twee groepen zich identiek, maar overdag was er een opmerkelijk verschil. Vliegjes die een druk sociaal leven achter de rug hadden, deden middagdutjes van ongeveer een uur, terwijl de diertjes die hun dagen in eenzaamheid hadden moeten slijten, niet meer dan een kwartiertje achter elkaar sliepen. Dat verschil bleef ook na enkele dagen nog zichtbaar. Het lag niet aan de grootte van het buisje waarin de vliegjes hadden gezeten, noch aan het geslacht van hun metgezellen, constateerden de onderzoekers na verdere experimenten. Ook maakte het niet uit hoeveel beweging de diertjes kregen. Het zou dus wel iets met zintuiglijke informatie te maken hebben.

Was het effect ook zichtbaar bij blinde vliegjes, en bij dove, en bij fruitvliegjes die niet konden ruiken? Ganguly-Fitzgerald ging het allemaal na. Het gehoor had geen invloed, bleek uit haar volgende serie proeven. Maar vliegjes die niets konden ruiken of niets konden zien, gedroegen zich na een verblijf tussen soortgenoten net als de eenzame vliegjes: ze deden dutjes van een kwartier. En nu ze toch bezig was, testte Gunguly-Fitzgerald ook nog even of de groepsgrootte van belang was bij gezonde fruitvliegjes. Dat bleek zo te zijn: hoe meer soortgenoten ze om zich heen hadden gehad, hoe langer de middagdutjes duurden. Door de beestjes afwisselend in isolatie en grote drukte te huisvesten, kwam ze er bovendien achter dat de laatste ervaring bepalend was voor de slaapbehoefte van de vliegjes. Sociale interactie leek dus de sleutel. Hoe zat dat in hun zenuwstelsel? Het nodige gepeuter en geprak bracht aan het licht dat de kortslapers veel minder van de stof dopamine in hun zenuwcellen hadden dan de langslapers.

Dopamine is een stof die invloed heeft op de verbindingen tussen zenuwcellen. Kunstmatig verhogen of verlagen van de dopaminespiegel in de vliegenbreintjes bleek ook hun slaapbehoefte te veranderen. Interessant, vond Gunguly-Fitzgerald, want dopamine heeft alles te maken met het geheugen. In overleg met haar collega’s besloot ze het verband tussen slaapbehoefte en het aanmaken van herinneringen verder te onderzoeken. Allereerst deed ze dat door genen een voor een te blokkeren. Er zijn veel genen bekend die, wanneer ze niet goed werken, leiden tot geheugenverlies bij vliegjes. Ongeveer veertig procent daarvan bleek essentieel voor het dutjesverlengende effect van sociale interactie. Waarschijnlijk zijn dit de genen die een vliegje nodig heeft voor het verwerken van de herinneringen tijdens het slapen, concluderen de auteurs van het Science-artikel.

Betekent dat ook dat een vliegje meer slaap nodig heeft als het net iets nieuws heeft geleerd? Het klinkt misschien als een absurde vraag, maar een fruitvliegje kan wel degelijk leren van ervaringen. Mannetjes die een hele serie mislukte versierpogingen achter de rug hebben, reageren bijvoorbeeld minder gretig op een volgend vrouwtje dan seksegenoten die niet zo’n teleurstellende ervaring te verwerken hebben gekregen. Zo testten deze onderzoekers het ook: ze lieten mannetjesvliegen eerst tevergeefs paarpogingen ondernemen bij vrouwtjes die al net hadden gepaard, of bij mannetjes die bespoten waren met vrouwelijke lokstoffen. Ze hadden na die vruchteloze paarpogingen inderdaad meer slaap nodig overdag. Maar als ze direct na de teleurstelling vier uur wakker waren gehouden, trad dit effect niet op. Ze hadden dan geen gelegenheid gehad om hun frustraties in een blijvende herinnering om te zetten, en deden alsof het nooit gebeurd was. Slaap en het opslaan van herinneringen hebben dus alles met elkaar te maken, en fruitvliegen zijn wat dat betreft net mensen. Dat maakt het zorgvuldig uitpluizen van dit fenomeen tot op moleculair niveau mogelijk. 

Elmar Veerman Indrani Gunguly-Fitzgerald, Jeff Donlea en Paul J. Shaw: ‘Waking experience affects sleep need in Drosophila’, Science, 22 september 2006

Dan maak je maar zin (W24; 2009)

Dopamine zorgt dat je ergens zin in krijgt

Bij het nemen van een beslissing is een grote rol weggelegd voor het stofje dopamine. Hoe meer dopamine, hoe meer zin je ergens in hebt. Engelse onderzoekers zorgden ervoor dat proefpersonen liever naar Turkije dan naar Griekenland op vakantie gingen. Met een pilletje.

Wat je vanavond eet. Welke kleren je moet kopen. Waar je naartoe op vakantie gaat. Je neemt elke dag beslissingen. Soms doe je dat in een handomdraai, soms moet je er heel wat nachten over slapen. In Current Biology wordt deze week beschreven dat bij het nemen van beslissingen een grote rol is weggelegd voor het stofje dopamine.

Dopamine is een stofje dat boodschappen overbrengt van de ene naar de andere hersencel. Het speelt een grote rol bij genot, blijdschap en bij beloning. Mensen met een tekort aan dopamine zijn vaak depressief. Eerder onderzoek wees uit dat wanneer mensen zich een toekomstige gebeurtenis voorstellen, je in een bepaald hersengebied kunt zien of ze daar zin in hebben of niet. In het hersengebied is tijdelijk een grote doorstroming van het stofje dopamine.

Maar kun je ook zin maken? Bijvoorbeeld door de aanmaak van dopamine kunstmatig te stimuleren? Dat vroegen Londense onderzoekers zich af.

Ze lieten 61 proefpersonen beoordelen hoe blij ze werden van een bepaalde vakatiebestemming, in totaal waren dat er tachtig. Vervolgens kregen de proefpersonen of een placebopil of een pilletje L-Dopa. L-Dopa is een medicijn dat de dopamine concentratie doet toenemen en wordt vaak gebruikt bij het behandelen van Parkinson patiënten. De proefpersonen moesten zich vervolgens van een aantal plekken levendig voorstellen dat ze er op vakantie gingen.

Hierna moesten ze de plekken nog een keer beoordelen. De plekken die de proefpersonen zich hadden voorgesteld onder invloed van L-Dopa werden nu opeens veel positiever beoordeeld dan de eerste keer zonder L-Dopa. Althans, door tachtig procent van de proefpersonen en dat is erg veel. Toen ze de volgende dag terugkwamen, was dat nog steeds zo.

Dopamine heeft volgens de onderzoekers dus een grote rol in het beslissen over toekomstige gebeurtenissen. Mogelijk kan deze kennis worden ingezet bij mensen bij wie de dopamine doorstroom niet lekker loopt, bijvoorbeeld drugsverslaafden.

Susanne Linssen

Tali Sharot, Tamara Shiner, Annemarie C. Brown, Judy Fan, Raymond J. Dolan, 'Dopamine Enhances Expectation of Pleasure in Humans', Current Biology Online, 12 november, 2009