Mapping sex-specific hormone-metabolite coupling in the adolescent brain: a longitudinal whole-brain spectroscopic imaging study

Tijdens de tienerjaren ondergaat het menselijk lichaam een enorme biologische herziening. Het is een tijd waarin het brein zijn laatste grote constructiefase voltooit, en het chemische signaleringssysteem van het lichaam, gedreven door hormonen, in een hogere versnelling schakelt om deze rijping aan te drijven. Decennialang hebben wetenschappers geweten dat deze hormonale veranderingen niet alleen gaan over groter worden of de ontwikkeling van secundaire geslachtskenmerken; ze hervormen ook het brein zelf. Echter, een cruciaal puzzelstukje is verborgen gebleven. Hoewel onderzoekers konden zien hoe de structuur van het brein veranderde — het dunner worden van de grijze stof of het dikker worden van de witte stof — konden zij de chemische reacties die binnen de hersencellen plaatsvonden en die deze veranderingen aanstuurden, niet zien. Specifiek was het onduidelijk hoe de piek in geslachtshormonen, zoals testosteron en oestrogeen, en stresshormonen, zoals cortisol, daadwerkelijk interageren met de interne chemie van het brein terwijl een tiener groeit van dertien naar vijftien jaar oud.

Een nieuwe studie, gepubliceerd op de preprint-server bioRxiv, probeert dit gat te vullen door direct naar de chemische soep van het brein te kijken. De onderzoekers richtten zich op een groep van tweeënveertig gezonde adolescenten, vierentwintig meisjes en achttien jongens, in de leeftijd tussen dertien en vijftien jaar. Gedurende de studie bezochten deze deelnemers het laboratorium tot wel drie keer. Bij elk bezoek leverden zij een bloedmonster aan om hun niveaus van diverse hormonen te meten en ondergingen zij een gespecialiseerde hersenscan. Deze scan was geen standaardfoto van de vorm van het brein; in plaats daarvan was het een geavanceerde chemische kaart genaamd magnetische resonantie spectroscopische beeldvorming. Deze techniek stelde de wetenschappers in staat om de concentratie van specifieke moleculen, of metabolieten, door het gehele brein tegelijkertijd te meten. Deze moleculen fungeren als markers voor verschillende biologische processen: sommige geven de gezondheid en energie van neuronen aan, andere weerspiegelen de activiteit van ondersteunende cellen genaamd glia, en weer andere laten zien hoe celmembranen worden opgebouwd of afgebroken. Door herhaalde bloedtests te combineren met deze chemische kaarten van het gehele brein, kon het team volgen hoe veranderingen in de hormoonspiegels van een tiener in de loop van de tijd gekoppeld waren aan veranderingen in de hersenchemie.

De studie onthulde dat de relatie tussen hormonen en het brein veel complexer is dan een simpel oorzaak-gevolg, en dat deze significant verschilt tussen jongens en meisjes. De onderzoekers ontdekten dat naarmate de jongens ouder werden, hun persoonlijke toename in testosteron nauw verbonden was met toenames in specifieke hersenchemische stoffen die geassocieerd zijn met neuronen en hun energieproductie. Met andere woorden, wanneer het testosteronniveau van een jongen boven zijn eigen typische basislijn steeg, vertoonde zijn brein tekenen van verhoogde neuronale activiteit en metabole gezondheid, met name in de frontale en temporale regio's. Dit suggereert dat testosteron mogelijk actief de rijping van de communicatienetwerken van het brein bij mannen aanstuurt. In tegenstelling hiertoe vertoonden de meisjes niet dezezelfde dynamische link tussen hun veranderende hormoonspiegels en hun hersenchemie. In plaats daarvan hadden de meisjes die over de periode van de studie hogere gemiddelde niveaus van oestrogeen hadden, de neiging om hogere niveaus van choline te hebben, een chemische stof die betrokken is bij het opbouwen en repareren van celmembranen. Dit wijst op een stabieler, langetermijnverschil in de hersenchemie gebaseerd op het algehele hormonale profiel van een meisje, in plaats van een reactie op kortstondige schommelingen.

De meest opvallende ontdekking betrof de stresshormonen van het lichaam, specif{%}