Individuals with Fragile X syndrome present with associative learning deficits

Geheugen wordt vaak voorgesteld als één grote, uitgestrekte bibliotheek waar we alles wat we ooit hebben gezien of gehoord opslaan. Maar wetenschappers weten dat het brein eigenlijk verschillende systemen gebruikt om verschillende soorten informatie te verwerken. Eén systeem helpt ons een gezicht te herkennen dat we eerder hebben gezien, terwijl een ander, complexer systeem helpt om twee ongerelateerde zaken aan elkaar te koppelen, zoals het gezicht van een specifiek persoon en hun naam. Dit koppelingsproces, bekend als associatief leren, is een fundamenteel onderdeel van hoe we de wereld navigeren en ons begrip van relaties opbouwen. Voor mensen met het syndroom van Fragile X, de meest voorkomende erfelijke oorzaak van intellectuele beperking en autisme, is het lang vermoed dat dit specifieke vermogen om verbindingen te leggen defect is, maar het bleef moeilijk om dit nauwkeurig te meten. Traditionele tests vertrouwen vaak op het lezen van woorden of het koppelen van gezichten aan namen, taken die onmogelijk kunnen zijn voor jongere kinderen of mensen met aanzienlijke cognitieve uitdagingen, waardoor onderzoekers zonder een duidelijk beeld blijven van hoe hun geheugen werkelijk functioneert.

Om dit puzzelstukje op te lossen, hebben een team van onderzoekers van universiteiten in Canada en de Verenigde Staten een nieuwe manier ontwikkeld om het geheugen te testen die geen lezen of spreken vereist. Ze creëerden een online "Geheugenspel" dat eenvoudige afbeeldingen gebruikt. In dit spel krijgen deelnemers paren afbeeldingen te zien die bij elkaar horen. Later wordt hen gevraagd de juiste combinatie uit een selectie te kiezen die bestaat uit bekende afbeeldingen gemengd met nieuwe. Deze opzet stelt de onderzoekers in staat om twee verschillende vaardigheden tegelijkertijd te testen: het vermogen om simpelweg een afbeelding te herkennen die ze eerder hebben gezien, en de moeilijkere vaardigheid om te onthouden welke specifieke afbeelding met welke andere afbeelding werd gekoppeld. Het team testte 148 mensen met een typische ontwikkeling en 84 individuen met het syndroom van Fragile X, variërend van kinderen tot volwassenen. Ze voerden ook een parallel experiment uit met fruitvliegjes die een genetische mutatie dragen die vergelijkbaar is met de menselijke conditie, waardoor ze hetzelfde leerproces konden observeren in een gecontroleerd biologisch model.

De resultaten toonden een duidelijk en consistent patroon van moeilijkheden voor individuen met het syndroom van Fragile X. Wanneer de onderzoekers naar de gegevens keken, ontdekten ze dat mannen met de aandoening, zowel als kind als volwassene, significant lager scoorden dan hun leeftijdsgenoten op zowel de eenvoudige herkenningstaken als de complexere koppelingsopdrachten. Hetzelfde gold voor volwassen vrouwen met het syndrom van Fragile X, die ook moeite hadden met het leggen van deze verbindingen. De studie toonde aan dat deze strijd niet ging over hoe snel ze op een knop konden klikken of hoe snel ze de informatie vergaten na het leren. In feite, zodra de deelnemers met het syndroom van Fragile X erin slaagden een verbinding te leren, behielden ze deze net zo goed als de mensen zonder de conditie gedurende de volgende vierentwintig uur. Het probleem lag niet in de opslag van het geheugen, maar in de initiële handeling van het creëren ervan. Het brein leek moeite te hebben met de eerste stap van het koppelen van de twee afbeeldingen in de eerste plaats.

Dit bevinding werd perfect weerspiegeld in de experimenten met fruitvliegjes. De vliegjes met de genetische mutatie leerden een specifieke geur te vermijden die aan een milde schok was gekoppeld, maar ze presteerden aanzienlijk slechter dan normale vliegjes in elke fase van de test. Net als de mensen vergaten de gemuteerde vliegjes de les niet sneller dan de normale vliegjes; ze faalden simpelweg in het begin bij het sterk genoeg leren van de associatie. Deze overeenstemming tussen soorten suggereert dat de wortel van het geheugenprobleem diep in de biologische machinerie van het brein ligt, specifiek in de structuren die verantwoordelijk zijn voor het vormen van nieuwe verbindingen, in plaats van in een algemeen onvermogen om informatie vast te houden.

De onderzoekers ontdekten ook dat de prestaties op deze beeldspellen nauw samenhingen met niet-verbale intelligentie, een maatstaf voor redeneervermogen die niet afhankelijk is van taal. Voor de mannen met het syndroom van Fragile X hadden zij met hogere scores op niet-verbale intelligentie de neiging om beter te presteren op de geheugentaken, wat suggereert dat het spel een geldige manier is om cognitieve functies in deze populatie te meten. Bovendien merkte de studie op dat symptomen van aandachtsproblemen, zoals gezien bij ADHD, gekoppeld waren aan lagere scores bij de jongere mannelijke deelnemers, wat erop wijst dat focus een rol speelt bij hoe goed deze verbindingen worden gevormd. Interessant genoeg vond de studie geen verschil in prestaties tussen individuen met de volledige genetische mutatie en degenen met een mozaïekpatroon, waarbij sommige cellen nog steeds het ontbrekende eiwit produceren, wat aangeeft dat het leertekort een kernkenmerk is van de conditie, ongeacht de specifieke genetische variatie.

Door te bewijzen dat de primaire hindernis voor mensen met het syndroom van Fragile X de initiële verwerving van nieuwe associaties is in plaats van het snelle verlies van oude informatie, biedt dit onderzoek een nieuwe weg voor klinische studies. Het "Geheugenspel" biedt een instrument dat op afstand kan worden gebruikt, geen gespecialiseerd personeel vereist om te administreren, en werkt voor mensen die niet goed kunnen lezen of spreken. Omdat de test onderscheid kan maken tussen het vermogen om te leren en het vermogen om te onthouden, zou het toekomstige medicijnproeven kunnen helpen bepalen of een nieuwe behandeling daadwerkelijk helpt bij het vormen van nieuwe verbindingen in het brein, of simpelweg helpt om ze langer vast te houden. Voor het eerst hebben wetenschappers een duidelijke, betrouwbare manier om een specifiek type geheugendeficiëntie te meten die zoveel mensen treft, waarbij ze verder gaan dan gokwerk naar een precieze begripsvorm van hoe het brein van iemand met het syndroom van Fragile X leert.