Op 17 oktober 2024 verdedigde Martina Lamberti haar proefschrift, "Know the Past to See the Future: Memory and Prediction in In-Vitro Cortical Neurons", aan de Universiteit Twente. Haar onderzoek werpt licht op hoe de hersenen toekomstige gebeurtenissen voorspellen en herinneringen vormen. Deze bevindingen bieden nieuwe mogelijkheden bij het begrijpen van neurologische aandoeningen zoals dementie.
Het geheugen is al uitgebreid onderzocht. Toch is er op cellulair niveau veel minder bekend over hoe de hersenen ervaringen uit het verleden gebruiken om toekomstige gebeurtenissen te voorspellen. In theorie moet 'voorspellen' een echte hersenfunctie zijn, maar er is nauwelijks experimenteel bewijs voor deze functie en het verband met het geheugen. Lamberti onderzocht de cellulaire mechanismen die betrokken zijn bij zowel geheugen als voorspelling en bij het verband tussen de twee processen.
Lamberti's werk toont aan dat neuronen in staat zijn om toekomstige input te voorspellen, wat laat zien dat voorspellen een algemene functie is van neurale netwerken. Haar onderzoek laat zien hoe het geheugen niet alleen ervaringen uit het verleden opslaat, maar de hersenen ook helpt te anticiperen op wat er daarna gebeurt. Deze ontdekking kan verklaren waarom patiënten met neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer worstelen met zowel het geheugen als de dagelijkse besluitvorming.
Hersenaandoeningen simuleren
Een van de belangrijkste doorbraken is de creatie van een in-vitromodel van neurale netwerken. Dit model simuleert de omstandigheden in de hersenen, waardoor onderzoekers kunnen bestuderen hoe neuronen herinneringen vormen en voorspellingen doen buiten een levend lichaam. In dit model werd aangetoond dat neurale netwerken langetermijngeheugens vormen en recente informatie uit het verleden gebruiken om toekomstige stimuli te voorspellen.
Lamberti kweekte neurale netwerken op arrays met meerdere elektroden om de activiteit van de neuronen vast te leggen en te stimuleren. Ze gebruikte twee soorten stimulatie: gerichte elektrische stimulatie, het activeren van een specifieke subgroep van neuronen, en algemene optogenetische stimulatie. In dit geval werden neuronen behandeld met een virus om ze te laten reageren op licht.
Deze opzet stelde haar in staat om de vorming en consolidatie van het geheugen en de relatie tussen voorspelling en korte- en langetermijngeheugen te bestuderen. Ze ontdekte dat voorspelling over het algemeen afhangt van het kortetermijngeheugen, maar als het langetermijngeheugen wordt gevormd, zoals door gerichte elektrische stimulatie, neemt de afhankelijkheid van het kortetermijngeheugen af. Bij algemene optische stimulatie daarentegen, wanneer er geen langetermijngeheugen wordt gevormd, blijft de voorspelling volledig afhankelijk van het kortetermijngeheugen.
Voortschrijdende neurowetenschappen
Door dit systeem te ontwikkelen, leverde Lamberti wetenschappers een waardevol hulpmiddel om de gedetailleerde processen achter geheugenvorming en -voorspelling te onderzoeken. Dit onderzoek is vooral veelbelovend voor het onderzoeken hoe hersenaandoeningen deze functies beïnvloeden en uiteindelijk kunnen leiden tot verbeterde behandelingen voor geheugengerelateerde aandoeningen.
De bevindingen van Lamberti openen nieuwe wegen voor het begrijpen van de voorspellende vermogens en geheugenprocessen van de hersenen. Door te laten zien hoe nauw geheugen en voorspelling op netwerkniveau met elkaar verbonden zijn, helpt haar onderzoek de complexe besluitvormingsfuncties van de hersenen te verduidelijken. Dit werk vergroot niet alleen ons begrip van hoe we omgaan met de wereld om ons heen, maar biedt ook een solide basis voor toekomstig onderzoek naar neurologische aandoeningen.
Meer informatie
Martina Lamberti was promovenda bij de onderzoeksgroep klinische neurofysiologie (CNPH; Faculteit TNW / TechMed Centrum). Ze werd begeleid door prof. dr. Michel van Putten en dr. Joost le Feber. Haar openbare promotie over dit onderzoek is op 17 oktober 2024. Haar proefschrift, getiteld "Know the Past to See the Future: Memory and Prediction in In-Vitro Cortical Neurons", is beschikbaar om te downloaden.
