drosophilamelanogaster

U denkt wellicht niet direct aan fruitvliegjes als proefdier voor onderzoek naar geheugenprocessen. Toch zijn die beestjes, Drosophila genoemd door wetenschappers, niet zo dom als ze lijken wanneer ze in de keuken rondvliegen. Onderzoek aan hun minibreintjes kan waardevol inzicht geven in hersenprocessen, aangezien deze soms sterk lijken op processen in de hersenen bij hogere diersoorten als de mens.

Het tijdschrift Science publiceerde eind januari een onderzoek waarin twee Franse wetenschappers onderzochten of hersenprocessen zich aanpassen aan energieschaarste. Omdat het brein de centrale regelaar is van de energiehuishouding in de rest van het lichaam, krijgt het voorrang bij de energietoevoer. Het is van alle organen de grootste energieslurper: met maar 2% van het totale lichaamsgewicht neemt het brein zo’n 50% van de glucoseconsumptie voor zijn rekening. Glucose is de brandstof voor ons lichaam. De onderzoekers wilden weten of hersenen zuiniger functioneren als minder glucose voorradig is.

Zowel ‘appetijtelijke’ als ‘aversieve’ geheugenprocessen zijn uitgebreid onderzocht in Drosophila-vliegjes. Bij appetijtelijk leren worden tegelijkertijd een geurstof en suiker aangeboden aan uitgehongerde vliegen. De vliegen ontwikkelen een Pavlov-reactie, die de aanwezigheid van suiker, dus voedsel, koppelt aan een specifieke geur. Vervolgens worden ze in een T-vormig doolhof aan deze en een andere geur blootgesteld (elk gepresenteerd in een andere poot van de T). Als ze zich de trainingsfase herinneren, vliegen ze naar de poot waar de aan suiker geassocieerde geur vandaan komt.

Aversieve herinneringen worden in experimentele setting gevormd door het tegelijk aanbieden van een geur en een elektrische schok. In eenzelfde T-vormig doolhof worden in de testfase weer twee geurstoffen gepresenteerd. Als de fruitvlieg een goede herinnering heeft gevormd, vermijdt hij de poot waar de aan de shock gekoppelde geurstof vandaan komt. Aversieve geheugenprocessen komen via twee routes tot stand: een langetermijngeheugen dat veel energie kost omdat er nieuwe eiwitten voor geproduceerd moeten worden, en een zuinigere maar minder duurzame herinnering waarbij geen eiwitsynthese plaatsvindt.

Met geavanceerde technieken kan de activiteit van de betrokken hersencellen gemeten worden. Dit geeft aan welk mechanisme actief is tijdens het gedragsexperiment. Het blijkt dat bij voldoende energievoorraden het energieslurpende langetermijngeheugen wordt ingezet voor aversieve geheugenvorming. Daarentegen blijkt dat als vliegen een tijd geen eten hebben gehad aversieve herinneringen via de energiezuinige weg worden gevormd. Door elektrische stimulatie van de verantwoordelijke hersencellen konden de onderzoekers gebruik van de energieslurpende route afdwingen in uitgehongerde vliegen. Dit had gevolgen voor de overleving: uitgehongerde vliegen die energie verspilden aan eiwitsynthese gingen eerder dood.

Dus, bij voedseltekort gaan hersenen van fruitvliegjes inderdaad over op energiezuinige geheugenvorming. Zo verspillen ze geen energie die nodig is om te overleven. Het brein past zich aan de beschikbare energieniveaus aan door tijdelijk energieslurpende processen uit te zetten. Dit geldt alleen voor aversieve herinneringen: als je het risico loopt dood te gaan heb je niets aan een langetermijnherinnering aan een vervelende situatie, zoals een vakkundig ontweken spinnenweb, wel aan energiezuinig beleid. Andersom kan het bij ‘appetijtelijke’ langetermijnherinneringen, zoals de locatie van voedsel, geen kwaad de laatste krachten aan eiwitsynthese te besteden, omdat de energievoorraden weer kunnen worden aangevuld met dat voedsel.

Diverse eigenschappen van het vliegenbrein komen overeen met geheugenprocessen in zoogdieren. Dus wie weet zijn onze hersenen ook zo slim om zich aan te passen aan de beschikbare energievoorraden. Voorlopig blijft de praktische toepasbaarheid van dit onderzoek beperkt tot het gelijktijdig proberen te meppen en uithongeren van fruitvliegen. Hopelijk herinneren ze zich de route naar de geurende afvalbak in de keuken op termijn dan niet meer.