De genetische code van het geheugen: op zoek naar de bouwstenen van herinnering
Het menselijk geheugen is een van de meest intrigerende raadsels uit de biologie. We denken dat het bestaat uit verschillende typen, zoals kortetermijn-, langetermijn-, visueel of tekstueel geheugen. Maar het zoeken naar de precieze genetische aansturing van het geheugen blijft zoeken naar een speld in een hooiberg. Onderzoeker Daan van Beek dook in de data van gezonde Amerikaanse vrijwilligers, rekte de regels van de statistiek op en wijst naar een richting in die hooiberg.
Daan van Beek rolde min of meer bij toeval in het onderzoek naar de genetica achter het geheugen. “Mijn interesse gaat uit naar grote genetische datasets voor het ontrafelen van onderliggende processen van verschillende aandoeningen, van hartziekten tot hersenfuncties.” Zijn focus op het geheugen ontstond tijdens het onderzoek voor zijn masterthesis, toen hij zich aanmeldde voor een project bij het Maastricht Centre for Systems Biology and Bioinformatics (MaCSBio). “Ik was altijd al gefascineerd door de biologie van het brein, maar het was geen bewuste keuze om me specifiek op het geheugen te richten.” Na zijn afstuderen bleef hij hangen bij MaCSBio waar steeds nieuwe vragen en verbeteringen in het onderzoek hem vasthielden. “Uiteindelijk ontstond daar een samenhangend verhaal.”
Wat was al bekend?
Het geheugen is geen eenheid, maar een verzameling van verschillende systemen in de hersenen. Psychologen onderscheiden onder meer kortetermijn-, langetermijn, visueel, numeriek en tekstueel geheugen. “Maar we weten niet of die typen genetisch gezien ook van elkaar verschillen”, vertelt Daan. “Tot nu toe richtten genetische studies zich vaak steeds op één subtype, bijvoorbeeld alleen visueel geheugen. Wij wilden achterhalen welke groepen genen geassocieerd zijn met de diverse soorten geheugen.”
Een unieke dataset
Daan en zijn collega’s analyseerden gegevens van 22- tot 35-jarige Amerikanen, zonder leerachterstanden of dementie. De data kwamen uit het Human Connectome Project van Washington University, waar deelnemers uitgebreide tests van diverse soorten geheugen, MRI-scans en genetische analyses ondergingen. “Deze dataset is enigszins uniek, omdat we verschillende typen geheugen binnen dezelfde groep konden vergelijken, waarbij ook leefstijlfactoren en hersenscans beschikbaar zijn.”
De keuze voor jonge, gezonde mensen was bewust. “In veel geheugenstudies wordt gekeken naar ouderen met of zonder dementie, of naar jongeren versus ouderen. Dan kijk je vooral naar wat er misgaat bij ziekte”, legt Daan uit. “Wij wilden juist weten: wat is er genetisch anders tussen gezonde mensen zonder duidelijke problemen?”
Wat ontdekte Daan?
Het onderzoek bevestigde wat al vermoed werd: er is geen enkel ‘geheugen-gen’. In plaats daarvan spelen honderden genen een rol, elk met een klein effect. “Sommige genen coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij de communicatie tussen neuronen, andere bij immuunprocessen in de hersenen,” zegt Daan. “Stress zou bijvoorbeeld immuunreacties kunnen triggeren die de hersenfunctie beïnvloeden.”
De onderzoekers vonden ook aanwijzingen dat bepaalde biologische processen (‘pathways’) betrokken zijn bij verschillende typen geheugen. “Bij mensen met schizofrenie zien we vaak problemen met verbaal en visueel geheugen. In onze data zagen we overlap tussen genen die, bijvoorbeeld, gelinkt zijn aan schizofrenie en aan verbaal geheugen. Dat suggereert dat er inderdaad biologische verbanden zijn.”
Statistische regels aangepast
Om deze complexe verbanden te vinden, paste Daan de statistische regels aan. Normaal gesproken hanteren onderzoekers een p-waarde van 0,05. Dat wil zeggen dat er maximaal 5% kans is dat een resultaat per toeval gevonden kan worden. “Maar als je duizenden genetische varianten test, dan wordt die p-waarde steeds kleiner en is de test zo streng dat je niets meer vindt,” zegt hij. “We versoepelden die maatstaf. Zo vonden we groepen genen die samen in dezelfde pathways zitten.”
Betere vermoedens
Daan is voorzichtig met harde conclusies. “De resultaten zijn dan niet significant volgens de regels, maar ze geven wel een richting waarin je verder kunt zoeken.” Hij durft voor de gevonden genen en pathways zijn hand niet direct in het vuur te steken. “Maar als ook ander onderzoek in een vergelijkbare richting wijst, zoals bij schizofrenie, dan wordt het vermoeden sterker. Die genen en pathways lijken dan waarschijnlijker echt betrokken bij het geheugen.”
De speld in de hooiberg
Daans onderzoek is een stap vooruit, maar het blijft zoeken naar de speld in de hooiberg. “We weten nu iets beter waar de speld ligt”, zegt hij. “Maar het complexe samenspel tussen genen, hersengebieden en omgevingsfactoren blijft voorlopig een raadsel.” De hoop is dat toekomstig onderzoek, met nog grotere datasets en betere technieken, ons dichter bij het antwoord brengt. “Misschien kunnen we ooit precies voorspellen welke genen in welke hersengebieden een rol spelen bij verschillende typen geheugen. Maar voorlopig blijven we zoeken.”
Tekst: Patrick Marx
