ANGELIQUE VAN OMBERGEN
Dat bewegen goed is voor de algemene gezondheid wisten we al (zie ook mijn vorige blog over het effect van bewegen op de hersenen hier), maar een nieuwe studie in het toonaangevende Neurology tijdschrift heeft nu ook bewezen dat er een relatie is tussen fitheid op middelbare leeftijd en het hersenvolume op latere leeftijd. Deze grootschalige studie bij meer dan 1000 proefpersonen toonde namelijk aan dat mensen die minder fit zijn 20 jaar later ook kleinere hersenvolumes hadden (1). Dit toont aan dat minder beweging gerelateerd zou kunnen zijn aan een versneld verouderingsproces van de hersenen. Fysieke beweging heeft een sterke invloed op de werking van de hersenen. Zo hebben eerdere studies al aangetoond dat Alzheimer patiënten die minder fit waren meer risico liepen op een nog snellere afname van breinweefsel op oudere leeftijd, ook wel versnelde ‘atrofie’ genoemd (2,3). Bovendien werd dit ook reeds teruggevonden bij gezonde oudere mensen, waarbij er vaker een hyperintensiteit van het volume van de witte stof te zien is (ook wel “white matter hyperintensity volume” (WMHV) genoemd in het Engels) (4). Ook het omgekeerde geldt: actieve personen van middelbare leeftijd hadden 5 jaar later grotere breinvolumes (5). Bovendien weten we uit eerder onderzoek dat sporten gepaard gaat met een toename in bloed en zuurstof naar de hersenen (cerebrale bloed- en zuurstoftoevoer) (6), verbeterde hersenplasticiteit (= de capaciteit van de hersenen om zich aan te passen aan nieuwe omgevingen en nieuwe zaken te leren) en dat sporten leeftijdsgebonden ‘atrofie’ op korte termijn kan tegen gaan (7,8). Echter, het was tot op heden nog niet geweten of actief zijn gedurende de volwassenheid ook een impact heeft op de veroudering van de hersenen op latere leeftijd. De huidige studie werd dan ook ontwikkeld met als doel een antwoord te geven op de vraag: “is fitheid op middelbare leeftijd gerelateerd aan hersenvolume op oudere leeftijd?”. Dit werd onderzocht door meer dan 1000 mensen van middelbare leeftijd (gemiddelde leeftijd was 40 jaar) een oefening te laten uitvoeren op een loopband, waarbij er een aantal parameters geregistreerd werden zoals bloeddruk en hartslag. Bij alle proefpersonen werd er ook een hersenscan (MRI-scan) afgenomen. Exact hetzelfde werd 20 jaar later opnieuw gedaan bij dezelfde groep mensen, maar proefpersonen die hart- en vaatziekten of ‘neurodegeneratieve’ ziekten (zoals bijvoorbeeld Alzheimer of Parkinson) ontwikkeld hadden op die 20 jaar tijd, werden uitgesloten. De onderzoekers vonden dat mensen met een slechte fysiek 20 jaar later een kleiner hersenvolume hadden. Met andere woorden, deze mensen vertoonden vaker (in vergelijking met mensen met goede fysiek) een versneld verouderingsproces in de hersenen. Dit was voornamelijk te zien ter hoogte van de frontale hersenkwab. Bovendien zagen ze ook dat de proefpersonen waarbij er een grotere stijging in bloeddruk en hartslag was tijdens de oefening op de loopband, vaker kleinere hersenvolumes hadden 20 jaar later. Dit was echter te verwachten aangezien minder fitte mensen vaak een hogere bloeddruk hebben en een hogere hartslag tijdens beweging. We moeten wel in ons achterhoofd houden dat dit een observationele studie is, met andere woorden: de onderzoekers konden een relatie aantonen tussen de fysiek van iemand op middelbare leeftijd en het hersenvolume op oudere leeftijd, maar dit toont niet aan dat een slechtere fysiek de oorzaak is van kleinere hersenvolumes. Verder onderzoek zal hierin duiding moeten brengen, maar meer sensibilisering voor sport en beweging zou dus een goed initiatief kunnen zijn om versnelde hersenveroudering tegen te gaan (1). Misschien vanavond toch maar een avondwandeling of bezoek aan de fitness voor we de zetel inploffen? Bronnen (1): Spartano NL, Himali JJ, Beiser AS, Lewis GD, DeCarli C, Vasan RS, Seshadri S: Midlife exercise blood pressure, heart rate and fitness relate to brain volumes 2 decades later. Neurology. 2016, doi:10.1212/WNL.0000000000002415 1526-632X (2) Vidoni ED, Honea RA, Billinger SA, Swerdlow RH, Burns JM. Cardiorespiratory fitness is associated with atrophy in Alzheimer’s and aging over 2 years. Neurobiol Aging. 2012;33:16241632. (3) Burns JM, Cronk BB, Anderson HS, et al. Cardiorespiratory fitness and brain atrophy in early Alzheimer disease. Neurology. 2008;71:210–216. (4) Sen A, Gider P, Cavalieri M, et al. Association of cardiorespiratory fitness and morphological brain changes in the elderly: results of the Austrian Stroke Prevention Study. Neurodegener Dis. 2012;10:135–137. (5) Zhu N, Jacobs DR Jr, Schreiner PJ, et al. Cardiorespiratory fitness and brain volume and white matter integrity: the CARDIA Study. Neurology. 2015;84:2347–2353. (6) Rogers RL, Meyer JS, Mortel KF. After reaching retirement age physical activity sustains cerebral perfusion and cognition. J Am Geriatr Soc. 1990;38:123–128. (7) Colcombe S, Kramer AF. Fitness effects on the cognitive function of older adults: a meta-analytic study. Psychol Science. 2003;14:125–130. (8) Erickson KI, Voss MW, Prakash RS, et al. Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proc Natl Acad Sci USA. 2011;108:3017–3022.
2 Comments
In een recente publicatie in het hoogstaande Brain tijdschrift hebben Amerikaanse en Italiaanse onderzoekers patiënten met een hersenbloeding onderzocht waarbij het vermogen om woorden te spellen aangetast was. Op deze manier hebben ze kunnen achterhalen welke hersenregio’s betrokken zijn bij het schrijven van woorden (1). Om een woord te kunnen spellen, dient een persoon zich bepaalde informatie te kunnen herinneren. Stel, we willen het woord “hond” spellen: ons ‘lange termijn geheugen’ zal ervoor zorgen dat we de letters in het woord kunnen oproepen (een H, een O, een N en een D) en bovendien ook de volgorde van de letters (eerst H, dan O, dan N, D als laatste). H-O-N-D dus en niet D-O-N-H of H-O-N-T. Ons ‘werkgeheugen’ zal er anderzijds voor zorgen dat we deze informatie kunnen onthouden en verwerken om zo ons motorisch systeem (mond in het geval van spreken, handen en vingers in het geval van schrijven of typen) aan te sturen. Dit staat ook samengevat in het schema in figuur 1, waarbij het woord “brein” als voorbeeld gegeven wordt. Van meta gesproken… Figuur 1: De cognitieve architectuur van het spellen. In een notendop komt het erop neer dat er een bepaalde input gegeven wordt, bijvoorbeeld “brein”. Dit kan ‘fonologisch’ zijn (= klanken, met andere woorden wat we horen: br-ei-n) of visueel (=wat we zien). Op basis van verschillende processen en dankzij het lange termijn – en werkgeheugen, zal deze input uiteindelijk leiden tot een (hopelijk correcte) output, namelijk het schrijven, typen of uitspreken van het woord ‘brein’. (Bron: Rapp et al, Brain, 2016) Het is reeds geweten uit eerdere studies dat hersenletsels, zoals bijvoorbeeld een hersenbloeding, een invloed kunnen uitoefenen op het ‘ortografisch’ (= gerelateerd tot spelling) lange termijn - en werkgeheugen. Echter, nog maar weinig is geweten over waar precies in de hersenen de regio’s gelegen zijn die deze processen aansturen of welke letsels nu precies gepaard gaan met ‘dysorthografie’, of anders gezegd: moeilijkheden bij het spellen. 27 patiënten, met spellingsmoeilijkheden na een hersenbloeding, werden geselecteerd en er werd gekeken naar waar in de hersenen het letsel zich bevond. Deze patiënten werden nog eens verder onderverdeeld in een groep van patiënten die specifiek problemen hadden met: 1) het ‘orthografisch’ lange termijn geheugen, 2) het ‘orthografisch’ werkgeheugen of 3) beiden. Door deze opdeling te maken, konden de onderzoekers een onderscheid maken tussen de hersenregio’s die betrokken waren bij enerzijds het orthografisch lange termijn geheugen (gelegen in delen van de linker temporaalkwab) en anderzijds bij het orthografisch werkgeheugen (gelegen in de linker pariëtaal kwab) (figuur 2). Figuur 2: Links: Resultaten van de huidige studie die aantonen waar precies in het brein de hersenbloeding zich voorgedaan heeft bij de patiënten die niet meer kunnen spellen. Merk duidelijk het verschil op tussen spellingsproblemen in het lange termijn – (oranje) en het werkgeheugen (paars). (Bron: Rapp et al, Brain, 2016) Dit werd nog nooit eerder gedaan en merkwaardig genoeg overlappen deze hersenregio’s minder dan men zou verwachten van zulke gelijkaardige en verwante processen. Bovendien dragen deze resultaten ook bij tot de huidige kennis van de relatie tussen geschreven en gesproken taal, werkgeheugen en cognitieve vaardigheden. Nogmaals een bewijs van hoe complex en fascinerend het menselijk brein te werk gaat. Jawel, F-A-S-C-I-N-E-R-E-N-D … Bron (1): Rapp B, Purcell J, Hillis AE, Capasso R & Miceli G: Neural bases of orthographic long-term memory and werking memory in dysgraphia. Brain. 139(2). Voor het eerst hebben Amerikaanse onderzoekers kunnen aantonen hoe ons evenwichtssysteem (aan beide kanten gelokaliseerd in ons binnenoor) een rol speelt bij navigatie en ruimtelijke oriëntatie (1). Hun bevindingen werden recent gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Journal of Neuroscience. Het ‘vestibulair systeem’ of evenwichtssysteem is aan beide zijden van ons lichaam gelokaliseerd in ons binnenoor, samen met ons gehoororgaan. Het bestaat uit 2 delen: de drie semicirculaire kanalen (eentje in elk bewegingsvlak en zo genoemd naar hun vorm, namelijk halve cirkels) en de otolietorganen (sacculus en utriculus) (figuur 1). De semicirculaire kanalen zijn betrokken bij het detecteren van hoofdbewegingen, terwijl de otolietorganen lineaire versnellingen (bijvoorbeeld voor-achter) en zwaartekracht detecteren. Bovendien drijft het vestibulair systeem onze hersenen aan, wat het mogelijk maakt dat we blikstabilisatie hebben en dat we kunnen navigeren en ons oriënteren, beiden cruciaal om te kunnen overleven. Denk bijvoorbeeld aan het jagen op eten: stel dat je geen blikstabilisatie zou hebben, dan zou je niet kunnen focussen op je prooi, bijgevolg geen prooi kunnen vangen en mogelijks zelfs gevaar lopen om zelf prooi te worden. Of nog, in een vroeger leven was er ook nog geen sprake van GPS, dus was navigatie cruciaal om uiteindelijk die prooi terug mee naar huis te kunnen brengen. Het vestibulair systeem is hierin onmisbaar en kan dus een beetje terecht gezien worden als ons zesde zintuig, zoals vaak ook gezegd wordt. Ons brein speelt natuurlijk de hoofdrol in het verhaal van navigatie en ruimtelijke oriëntatie: als de informatie die toekomt van onder andere het evenwichtssysteem niet goed verwerkt wordt in de hersenen, zullen er dus problemen ontstaan op deze vlakken. Meer specifiek, het zijn de ‘place en grid cells’ die hierin belangrijk zijn, waar ik het in een eerdere blogpost al uitgebreider over had (ga gerust terug een kijkje nemen). In een notendop: ‘place cells’ sturen informatie naar de hersenen over onze positie (2), terwijl ‘grid cells’ ons als het ware voorzien van een soort intern coördinaten systeem (3). Dan zijn er nog de ‘border cells’, die aangeven waar de “perimeter” van een bepaalde ruimte is (letterlijk een beetje dus de grens). Bovendien is er nog een vierde soort cellen, namelijk de ‘head direction cells’, letterlijk vertaald naar “hoofdrichting cellen”. Deze cellen reageren namelijk wanneer een dier gericht staat naar een specifieke richting en worden gezien als een onderliggende meetstaaf voor de ruimtelijke oriëntatie van het dier op dat moment. Figuur 2 vat dit alles samen. Eerdere onderzoeken hadden reeds aangetoond dat het vestibulair systeem betrokken is bij het aansturen van informatie naar deze ‘head direction cells’ (4), maar het was nog niet duidelijk of alle drie de kanalen van het evenwichtssysteem hierbij tussen komen of slechts één of twee kanalen. De huidige studie heeft dit vraagstuk opgelost door genetisch gemanipuleerde muizen te onderzoeken waarbij specifiek het horizontaal kanaaltje van het evenwichtssysteem “uitgeschakeld” werd (‘epstatic circler’ muizen genoemd) en men dus kon onderzoeken wat specifiek de rol was van dit kanaal. Men is hierbij gaan kijken naar de cel activiteit in een specifiek deeltje van de thalamus (namelijk het anterodorsale deel) (figuur 3). De thalamus is een ware ‘hub’ in de hersenen en ontvangt dus van overal informatie en is bijgevolg betrokken bij vele functies zoals emoties, bewustzijn en slaap om er slechts enkele te noemen. Dit is tevens ook een deel in de hersenen waarvan men weet dat daar ‘head direction cells’ zitten (5). De onderzoekers vonden dat deze muizen geen normale activiteit in hun ‘head direction cells’ vertoonden (deze cellen vuurden niet af op dezelfde manier als bij gezonde dieren) en bijgevolg ook problemen hadden met navigatie en oriëntatie. Aangezien de neurale structuur (structuur in de hersenen) bij deze muizen niet aangetast was, maar er puur sprake was van een probleem met het horizontaal kanaaltje in het evenwichtssysteem, konden de onderzoekers besluiten dat het net dit kanaal is dat zorgt voor de coördinatie van de ‘head direction cells’ (oa op de juiste manier en moment afvuren en dus zinvolle informatie doorsturen) en een stabiel signaal. Met andere woorden, als de horizontale kanaaltjes niet goed functioneren, krijgen de hersenen een verstoord signaal van de ‘head direction cells’ en zullen navigatie en oriëntatie ook verstoord zijn. Die kleine kanaaltjes in onze oren doen dus veel meer dan we denken… Bronnen (1): Valerio S & Taube JS (2016): Head direction cell activity is absent in mice without the horizontal semicircular canals. Journal of Neuroscience, 36(3):741-54. (2) O'Keefe, J. (1976). Place units in the hippocampus of the freely moving rat. Exp Neurol 51, 78-109. (3) Fyhn, M., Hafting, T., Treves, A., Moser, M.B., and Moser, E.I. (2007): Hippocampal remapping and grid realignment in entorhinal cortex. Nature 446, 190-194. (4): Brown JE, Yates BJ & Taube JS (2002): Does the vestibular system contribute to head direction cell activity in the rat? Physiol Behav. 77(4-5):743-8. (5) Yoder RM & Taube JS (2011): Projections to the anterodorsal thalamus and lateral mammillary nuclei arise from different cell populations within the postsubiculum: implications for the control of head direction cells. Hippocampus. 21(10):1062-73. |
© Angelique Van Ombergen - Alle rechten voorbehouden.