Temporal instability weakens entorhinal grid-like coding in older adults

Naarmate we ouder worden, wordt het vermogen om te onthouden waar we onze sleutels hebben gelegd of om door een bekende buurt te navigeren vaak minder betrouwbaar. Deze achteruitgang in het ruimtelijk geheugen en de navigatie is een gebruikelijk onderdeel van veroudering, maar dit gebeurt niet bij iedereen op dezelfde manier. Sommige ouderen blijven even scherp en georiënteerd als in hun jeugd, terwijl anderen er aanzienlijk mee worstelen. Wetenschappers vermoeden al lang dat een specifiek deel van de hersenen, gelegen diep in de temporale kwab, een centrale rol speelt in deze vermogens. Deze regio bevat gespecialiseerde cellen die fungeren als een interne GPS, die in een herhalend, zeshoekig patroon vuren terwijl we ons door de ruimte bewegen. In de hersenen creëert dit patroon een mentale kaart die ons helpt te weten waar we zijn en hoe we op de plek komen waar we naartoe willen gaan. Wanneer dit systeem goed werkt, voelen we ons gegrond; wanneer het hapert, kunnen we ons verloren voelen.

Jarenlang geloofden onderzoekers dat de achteruitgang in deze navigatievaardigheden simpelweg kwam doordat de interne kaart van de hersenen met de leeftijd vervaagde of volledig verdween. Echter, een nieuwe studie suggereert dat het probleem subtieler kan zijn. In plaats van dat de kaart verdwijnt, is het mogelijk dat de kaart instabiel wordt, aan het drijven of wankelen is over de tijd. Deze instabiliteit zou het moeilijk kunnen maken voor de hersenen om die kaart consistent te gebruiken, zelfs als de kaart zelf nog aanwezig is. Door nauwkeurig te kijken naar hoe deze hersensignalen zich gedragen bij oudere volwassenen, hebben wetenschappers een belangrijke reden gevonden waarom sommige mensen hun ruimtelijke vaardigheden behouden terwijl anderen dat niet doen, waarbij ze wijzen op een specifiek type betrouwbaarheid in de manier waarop de hersenen hun richtinggevoel vasthouden.

Om dit te onderzoeken, bestudeerde een team van onderzoekers van het Duitse Centrum voor Neurodegeneratieve Ziekten in Magdeburg 85 gezonde oudere volwassenen, met een gemiddelde leeftijd van 75 jaar. Ze vroegen deze deelnemers om een taak uit te voeren in een MRI-scanner, een machine die gedetailleerde beelden van hersenactiviteit maakt. De deelnemers bewogen hun lichaam niet; in plaats daarvan keken ze naar een video van een persoon die door een vierkante virtuele kamer liep. Terwijl zij bewogen, moesten ze de locaties van vijf verschillende objecten onthouden die in de kamer waren geplaatst. Na de wandeling werden ze getest op hoe goed ze konden herinneren waar die objecten zich bevonden. De onderzoekers herhaalden dit proces twee keer, waarbij de objecten telkens op andere plekken waren geplaatst, om te zien hoe de hersenen reageerden op dezelfde omgeving bij verschillende gelegenheden.

De wetenschappers waren bijzonder geïnteresseerd in een specifiek signaal in de posterieure-mediale entorinale cortex, een klein gebied in de hersenen dat bekend staat als de huisvesting van de roosterachtige cellen (grid cells) die ons interne kaart vormen. In een gezonde, functionerende hersenen licht dit gebied in een voorspelbaar, zeshoekig patroon op terwijl een persoon in verschillende richtingen beweegt. De onderzoekers maten hoe sterk dit signaal was bij elke deelnemer. Zoals verwacht, varieerde de sterkte van dit signaal sterk onder de oudere volwassenen. Sommigen vertoonden een duidelijk, sterk patroon vergelijkbaar met dat van jongeren, terwijl anderen een zeer zwak of bijna afwezig signaal vertoonden. Verrassend genoeg ontdekten de onderzoekers dat de leeftijd van een persoon alleen deze verschillen niet verklaarde. Een 90-jarige kon een sterk signaal hebben, terwijl een 65-jarige een zwak signaal kon hebben, wat suggereert dat er iets anders aan de hand was dan simpelweg veroudering.

Het team vroeg zich vervolgens af of het probleem was dat de kaart van de hersenen simpelweg ontbrak, of dat deze wel aanwezig maar instabiel was. Om dit te achterhalen, keken ze naar hoe consistent de hersenactiviteit was van de ene run naar de volgende. Ze maten of de hersenen telkens hetzelfde patroon van activiteit produceerden voor dezelfde richting van beweging. Ze ontdekten dat de sterkte van het rooster-signaal nauw verbonden was met deze stabiliteit. In de linkerzijde van de entorinale cortex hadden deelnemers wiens hersenen een consistent, stabiel patier van activiteit produceerden over de twee runs heen, ook de sterkste rooster-signalen. Degenen wier hersenactiviteit tussen de runs drift of veranderde, hadden zwakkere signalen. Deze bevinding suggereert dat het probleem niet noodzakelijkerwijs is dat de hersenen het vermogen hebben verloren om een kaart te maken, maar dat ze moeite hebben om die kaart stabiel en betrouwbaar te houden over de tijd.

De onderzoekers keken ook of deze stabiliteit ertoe deed voor het geheugen in de echte wereld. Ze ontdekten dat oudere volwassenen met meer stabiele hersenpatronen in de linker entorinale cortex beter waren in het onthouden waar de objecten in de virtuele kamer zich bevonden. Deze connectie was specifiek gekoppeld aan de stabiliteit van het patroon; de loutere sterkte van het signaal zelf voorspelde de geheugenprestaties niet zo duidelijk als de consistentie dat deed. Dit impliceert dat het hebben van een betrouwbaar, onveranderlijk referentiepunt in de hersenen cruciaal is voor het herinneren waar dingen zich bevinden, vooral wanneer we die informatie later moeten ophalen.

Om te begrijpen waarom sommige hersenen stabieler waren dan andere, onderzocht het team de fysieke structuur van het hersenweefsel in deze regio's. Ze keken naar het volume van het weefsel, de hoeveelheid myeline (een vetachtige laag die helpt signalen te transporteren) en de integriteit van de microscopische structuur. Ze vonden geen duidelijke link tussen deze fysieke kenmerken en de stabiliteit van het rooster-signaal. Een persoon met een perfect gezond ogende hersenstructuur kon nog steeds een onstabiele kaart hebben, terwijl een ander met lichte structurele veranderingen een zeer stabiele kaart kon hebben. Dit sloot het idee uit dat eenvoudige fysieke slijtage de directe oorzaak van de instabiliteit was.

Het team volgde de bron van deze instabiliteit vervolgens verder terug in het netwerk van de hersenen. De entorinale cortex ontvangt informatie over richting van andere gebieden, waaronder de retrospleniale cortex, een regio nabij de achterkant van de hersenen die ons helpt ons te oriënteren ten opzichte van onze omgeving. De onderzoekers maten hoe stabiel de oriëntatiesignalen waren in dit retrospleniale gebied. Ze ontdekten dat wanneer de retrospleniale cortex een gestage, betrouwbare richting gaf, de entorinale cortex beter in staat was om een stabiel roosterpatroon te behouden. Sterker nog, de stabiliteit van de signalen in de retrospleniale cortex leek de geheugenprestaties van de deelnemers indirect te beïnvloeden, door te helpen de entorinale rooster stabiel te houden. Dit suggereert een keten van gebeurtenissen waarbij een betrouwbaar gevoel van richting vanuit de achterkant van de hersenen helpt om de interne kaart in het midden van de hersenen te verankeren, waardoor wordt voorkomen dat deze gaat drijven.

Deze bevindingen bieden een nieuwe manier van denken over waarom het ruimtelijk geheugen bij sommige oudere volwassenen achteruitgaat en bij anderen niet. Het lijkt erop dat de interne GPS van de hersenen niet noodzakelijkerwijs verdwijnt met de leeftijd. In plaats daarvan kan het systeem minder betrouwbaar worden, waarbij de kaart telkens een beetje verschuift of drijft wanneer we proberen hem te gebruiken. Deze instabiliteit lijkt voort te komen uit de kwaliteit van de directionele informatie die in het systeem binnenkomt. Als de hersenen er niet in slagen een gestage oriëntatie vast te houden waarheen men gericht is, wordt de interne kaart wankel, wat het moeilijker maakt om locaties te onthouden of effectief te navigeren. De studie benadrukt dat de sleutel tot het behoud van ruimtelijke vaardigheden op latere leeftijd niet noodzakelijkerwijs ligt in het behouden van de kaart zelf, maar in het waarborgen dat de hersenen een stabiel referentiepunt hebben om die kaart in lijn te houden met de wereld.