De voor- en achterkant van onze hersenen zijn tijdens de evolutie los van elkaar ontstaan, ontdekten neurowetenschappers.

Als je in de spiegel kijkt, zie je één hoofd. Niet gek dus dat je ervan uitgaat dat daar één enkel orgaan de scepter zwaait. Eeuwenlang dachten neurobiologen er precies zo over: ons brein zou ontstaan uit één enkele embryocel die langzaam uitgroeit tot de biologische supercomputer in onze schedel.

Maar dat vertrouwde beeld kan de prullenbak in. Stanford-onderzoekers hebben namelijk ontdekt dat de menselijke hersenen in feite bestaan uit twee verschillende organen, die door honderden miljoenen jaren evolutie tegen elkaar aan zijn geschoven. De studie is gepubliceerd in Nature Neuroscience.

Lees ook:

• Zette onze liefde voor suiker de breinevolutie in gang?
• Volgens een recente studie is bier goed voor de hersenen. Klopt dat wel?
• Hebben we ons grote brein te danken aan darmbacteriën?

Twee basiscellen

Puur anatomisch gezien bestaat ons brein uit drie regio’s: de voor– en middenhersenen (die samen onder meer taal, bewustzijn en abstract denken regelen) en de achterhersenen (voor vitale functies als hartslag, ademhaling, hongerregulatie en de slikreflex).

Maar hoewel de voor- en middenhersenen zich in het laboratorium prima laten nabootsen, bleef die laatste categorie een hardnekkig raadsel. Decennialang worstelden neurowetenschappers om juist die essentiële achterbreincellen uit een neurale voorlopercel te kweken.

Nu komt het team van Stanford, onder leiding van Kyle Loh, met de verklaring: de breinregio’s vormen geen enkel orgaan, maar twee aparte organen. Om precies te zijn: er bestaan geen één, maar twee verschillende neurale basiscellen.

Ander ontwikkelingspad

De onderzoekers ontdekten dit in muizenembryo’s. De twee neurale voorlopercellen noemen ze Otx2 (voor het toekomstige voor- en middenbrein) en Gbx2 (voor het toekomstige achterbrein). Aan de manier waarop het DNA in beide voorlopercellen zit verpakt (de chromatinestructuur), blijkt dat ze allebei een totaal ander ontwikkelingspad volgen.

Dat betekent dat Otx2 en Gbx2 daadwerkelijk de opzet vormen voor twee unieke organen. Die twee zenuwstelsels worden tijdens de ontwikkeling in elkaar geschoven en leren samenwerken.

Ook kippen

Dankzij deze kennis konden Loh en collega’s uit menselijke pluripotente stamcellen (stamcellen die elke lichaamscel kunnen worden) voor het eerst motorische achterbreincellen kweken. Die gekweekte neuronen bleken ook echt functioneel: ze vertoonden elektrische activiteit en produceerden eiwitten die specifiek zijn voor de achterhersenen.

Ten slotte wierp het team een blik op de evolutie. Onder meer kippen, zebravissen en eikelwormen vertoonden hetzelfde genetische patroon van een dubbele breinoorsprong. Bij kwallen, een vrij primitieve groep dieren, is die scheiding ook te zien, maar daar liggen de twee zenuwstelsels aan weerszijden van het lichaam nog steeds los van elkaar. In de loop van de evolutie zijn de twee systemen waarschijnlijk samengevoegd omdat dat efficiënter zou zijn.

Hersenstamziekten

Een unieke ontdekking dus, die ook nog eens van enorm belang is voor de geneeskunde. Nu het lukt om achterbreincellen te kweken, kunnen wetenschappers slopende hersenstamziekten eindelijk van dichtbij bestuderen.

Denk daarbij aan aandoeningen als SMA en ALS. Bij deze ziektes sterven de zenuwcellen in het achterbrein af, waardoor patiënten uiteindelijk niet meer kunnen slikken of ademhalen. Met deze kweekbare neuronen hopen onderzoekers het ziekteproces beter te begrijpen én nieuwe behandelingen te testen.

En dat is niet alles. Omdat het achterbrein ook het hongergevoel reguleert, kunnen de kweekcellen bovendien helpen om overgewicht beter te begrijpen en effectievere afslankmedicatie te ontwikkelen.

Bronnen: Nature Neuroscience, Stanford Medicine via EurekAlert!

Beeld: Sebastian Kaulitzki/Science Photo Library/Getty Images