Een nieuwe studie toont aan dat grondeekhoorns in winterslaap snel hersenbreed herstel kunnen bereiken wanneer ze wakker worden nadat ze in de winter soortgelijke ‘hersenschade’ hebben opgelopen. Verwacht wordt dat deze verbazingwekkende neuroplasticiteit nieuwe ideeën zal opleveren voor menselijk herstel na een beroerte. Relevante resultaten zijn gepubliceerd in JNeurosci, een tijdschrift van de American Society for Neuroscience. De bovenstaande bevindingen bevestigen voor het eerst dat veranderingen in de neuronale structuur in de primaire visuele cortex van eekhoorns tijdens de winterslaap omkeerbaar zijn.

Hendrikje Nienborg, auteur van het artikel en wetenschapper bij het Amerikaanse National Eye Institute, zei dat eerdere onderzoeken naar de aanrakingsverwerkingsgebieden van het eekhoornbrein (waaronder de hippocampus, de somatosensorische cortex en de thalamus) het bestaan ​​van vergelijkbare neuroplasticiteitsmechanismen hebben gesuggereerd. Het team speculeerde daarom dat hetzelfde ‘hervormingsproces’ mogelijk ook plaatsvindt in de hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor de verwerking van visuele informatie. In dit experiment concentreerde het onderzoeksteam zich op de winterslaap (diepe winterslaap) en de korte ontwakingsperiode van 12 tot 24 uur om de veranderingen in de structuur van de twee soorten neuronen in verschillende stadia te vergelijken.

Wanneer een lokale eekhoorn in winterslaap gaat, daalt zijn lichaamstemperatuur aanzienlijk, daalt zijn hartslag tot slechts een paar keer per minuut, vertraagt ​​zijn metabolisme aanzienlijk, is zijn ademhaling bijna onmerkbaar en wordt zijn hersenactiviteit extreem stil, alsof het hele dier in de ‘vluchtmodus’ is overgeschakeld. Vanuit een neurologisch perspectief is deze toestand vergelijkbaar met de hersenen van patiënten met een beroerte, waar hersencellen een aanzienlijk verminderde toevoer van zuurstof en voedingsstoffen ontvangen, maar het belangrijkste verschil is dat de hersencellen van de eekhoorns in staat zijn om de normale functie te hervatten nadat de winterslaap is geëindigd. Onderzoekers zijn van mening dat het begrijpen van de manier waarop eekhoorns ‘herrijzen met vol bloed’ bij langdurige lage temperaturen en een lage zuurstoftoevoer naar verwachting belangrijke aanwijzingen zal opleveren voor menselijk herstel na neuronale schadeziekten zoals een beroerte, en de verkenning van het ‘Heilige Graal’-doel van ‘het gebruiken van de eigen mechanismen van het lichaam om beschadigde neuronen te herstellen’ bij onderzoek naar beroertes zal bevorderen.

In specifieke experimenten ontleedden wetenschappers de hersenen van grondeekhoorns in winterslaap en observeerden de verschillende reacties van twee soorten neuronen tijdens de diepe winterslaap en het ontwakingsinterval. Er werd ontdekt dat één type neuronen aanzienlijke structurele veranderingen onderging tijdens een diepe winterslaap, en dat deze veranderingen ongeveer 90 minuten nadat de eekhoorns waren ontwaakt grotendeels waren teruggekeerd naar hun toestand van vóór de winterslaap. Nog opvallender was dat toen de onderzoekers zes maanden later opnieuw evalueerden, het bijna onmogelijk was om aan de neuronale structuur te zien dat de eekhoorn ooit in winterslaap was geweest. Uit eerder onderzoek is ook gebleken dat eekhoorns die een winterslaap houden, de bindingsniveaus van "kleine ubiquitine-achtige modificatie-eiwitten" (SUMO) aanzienlijk hebben verhoogd. Dit proces wordt SUMOylatie genoemd en er wordt gedacht dat het hun hersencellen tegen schade beschermt.

"We weten al dat deze structurele veranderingen van invloed zijn op de manier waarop neuronen met elkaar communiceren en nauw verband houden met leervermogen en herstel na aandoeningen zoals een beroerte", aldus Nienborg. Ze wees erop dat het opwindend is om zo’n snel en omkeerbaar mechanisme voor verandering van de hersenstructuur te zien bij dieren in winterslaap, omdat zodra de moleculaire en functionele basis ervan is opgehelderd, er in de toekomst een mogelijkheid kan zijn om vergelijkbare mechanismen te ‘lenen’ als het menselijke volwassen brein, waardoor het meer ‘plastisch’ wordt tijdens kritieke stadia zoals het herstel van een beroerte.

Wereldwijd is een beroerte momenteel de derde belangrijkste doodsoorzaak en een belangrijke oorzaak van langdurige invaliditeit. Ongeveer 80% van deze beroertes zijn ischemische beroertes, waarbij bloedstolsels de bloedstroom blokkeren, waardoor wordt voorkomen dat hersenweefsel voldoende zuurstof krijgt en celdood wordt veroorzaakt. Het menselijk herstel na een beroerte is vooral afhankelijk van het tot stand brengen van nieuwe neurale verbindingen en de reorganisatie van bestaande neurale netwerken. Dit proces helpt patiënten geleidelijk belangrijke functies zoals slikken, taal en lopen terug te krijgen. Nienborg zei dat naarmate deze studie de specifieke structurele veranderingspaden van overwinterende eekhoornneuronen verder onthult, de wetenschappelijke gemeenschap ook een beter idee zal hebben van welke richtingen ze zich vervolgens moeten concentreren.

"We hebben al een vrij diepgaand inzicht in hoe verschillende hersengebieden de visuele informatieverwerking ondersteunen", zei ze. "Daarom is het waarschijnlijk een belangrijke onderzoeksstap in de volgende fase om de functionele veranderingen in het visuele systeem tijdens de winterslaap en het ontwaken in het grondeekhoornbrein te blijven onderzoeken." Dit onderzoek is officieel gepubliceerd in JNeurosci en is peer-reviewed en op feiten gecontroleerd, waardoor de basis is gelegd voor toekomstig onderzoek naar neuraal herstel waarbij dieren in winterslaap als model worden gebruikt.