Ons brein is ontstaan uit twee primitieve zenuwstelsels die samensmolten

De voor- en achterkant van ons brein ontstaan uit verschillende typen cellen. Dat wijst erop dat ze zich afzonderlijk hebben ontwikkeld.

Ons brein is mogelijk een combinatie van twee afzonderlijke zenuwstelsels die honderden miljoenen jaren geleden samensmolten. Dat blijkt uit de ontdekking dat de voor- en achterkant van het brein ontstaan uit twee verschillende typen cellen. Dat geldt zowel voor het brein van mensen als van verschillende andere diersoorten.

‘Ons onderzoek suggereert dat de evolutie twee bestaande zenuwstelsels bij elkaar heeft gebracht’, zegt bioloog Kyle Loh van Stanford-universiteit in de VS. ‘Het zou waarschijnlijk efficiënter zijn om het brein als één orgaan te groeien. Toch bouwen we ons brein nog altijd op deze oeroude manier, uit twee afzonderlijke delen.’

LEES OOK

'We hebben onze gewassen vertroeteld'

Onze gewassen ervaren steeds meer stress. Geen mentale, uiteraard, maar fysiek ...

Van voor tot achter

Loh en zijn collega’s onderzochten de vroege ontwikkeling van muizenembryo’s. Ze ontdekten dat het muizenbrein ontstaat uit twee typen voorlopercellen (delende cellen die zichzelf maar beperkt kunnen vernieuwen). Het ene type maakt het gen OTX2 aan en ontwikkelt zich tot de zenuwcellen in het voorste deel van het brein. Dat deel bestaat uit de voorhersenen en de middenhersenen. Het andere type maakt het gen GBX2 aan en ontwikkelt zich tot de zenuwcellen in het achterste deel van het brein, de achterhersenen.

Vervolgens deden de onderzoekers labexperimenten met menselijke cellen. Ook daarbij bleken de zenuwcellen van de achterhersenen en die van de voor- en middenhersenen uit verschillende voorlopercellen te ontstaan. ‘We hebben voor het eerst laten zien dat de voorkant van het brein ontstaat uit een totaal andere voorlopercel dan de achterkant’, zegt Loh.

Kweekproblemen

Dat verklaart waarom het zo moeilijk is gebleken om in het lab menselijk weefsel van de achterhersenen te kweken. Onderzoekers probeerden tot nu toe om zenuwcellen van de achterhersenen te maken uit voorlopercellen die bestemd zijn om zenuwcellen van de voor- en middenhersenen te worden. Dat werkt niet, zegt Loh. Een soortgelijk mislukt experiment van een student zette het team op het spoor van deze ontdekking.

Met de nieuwe kennis is het de biologen gelukt om voor het eerst functionele motorische zenuwcellen van menselijke achterhersenen te kweken. Ze begonnen daarbij met het juiste type voorlopercel.

ALS-onderzoek

De achterhersenen coördineren fundamentele processen die ons in leven houden, zoals ademhalen, slapen, eten en het kloppen van het hart. De voorhersenen zijn daarentegen het centrum van complexe denkprocessen.

Aandoeningen zoals spinale spieratrofie en ALS, de meest voorkomende motorneuronziekte, veroorzaken problemen met spreken en slikken doordat ze de achterhersenen aantasten. Onlangs ontdekten wetenschappers ook dat GLP-1-medicijnen zoals Ozempic en Wegovy de eetlust bij muizen onderdrukken door in te grijpen op de achterhersenen.

Nu het mogelijk is om zenuwcellen van de achterhersenen in het lab te kweken, kan dat onderzoek naar ALS en spinale spieratrofie vooruithelpen. Ook kunnen onderzoekers hiermee beter onderzoeken hoe GLP-1-medicijnen precies werken bij mensen, zegt Loh.

Beestenboel

De biologen bestudeerden ook embryo’s van kippen, zebravissen en eikelwormen. Ook bij deze dieren bleek het zenuwstelsel uit twee verschillende typen voorlopercellen te ontstaan. Dat suggereert dat onze gedeelde manier om het brein via twee routes op te bouwen minstens 550 miljoen jaar geleden is ontstaan.

Kwallen, waarvan onze evolutionaire lijn zich zo’n 600 tot 700 miljoen jaar geleden afsplitste, hebben twee afzonderlijke zenuwstelsels. Die zijn bij onze verre voorouders mogelijk samengesmolten omdat dat de verwerkingscapaciteit van het brein verbeterde, zegt Loh. ‘Als dingen dichter bij elkaar zitten, kunnen signalen efficiënter worden uitgewisseld’, zegt hij.

Dat ons brein zich langs twee afzonderlijke ontwikkelingsroutes vormt, heeft mogelijk ook de evolutie van complex denken in de hand gewerkt, zegt Loh. Terwijl de achterhersenen zorgden voor alle basisfuncties die nodig zijn om in leven te blijven, ‘kon de evolutie experimenteren met de voorhersenen. Daar konden fouten gemaakt worden en uiteindelijk allerlei ingewikkelde eigenschappen zoals geheugen en creativiteit ontstaan’, zegt hij.

Over de auteur