Hier is een leuk gedachte-experiment: als je herinneringen zijn opgeslagen in de fysieke verbindingen tussen neuronen, en die verbindingen worden uitgewist als een kosmische stofbeurt, zouden je herinneringen dan moeten overleven? Blijkbaar wel - tenminste als je een muis bent die kunstmatig in winterslaap is gebracht. Een nieuwe studie in Science suggereert dat herinneringen de volledige vernietiging kunnen overleven van de zeer synapsen die ze zogenaamd bevatten. Thanos zou woedend zijn.

De conventionele wijsheid in de neurowetenschap is dat leren fysiek de verbindingen tussen neuronen versterkt en vergroot, en dat deze veranderingen de herinnering vormen. Het addertje onder het gras: deze verbindingen zijn plastisch, wat betekent dat ze voortdurend verschuiven. Zoals Kazumasa Tanaka, neurowetenschapper aan de Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University in Japan, het stelt: "Als je de rangschikking van deze verbindingen op dag één vergelijkt met die op dag vier of vijf, is het heel, heel anders." Om te zien hoe een herinnering die jaren meegaat kan zitten op hardware die elke paar dagen verandert, besloot Tanaka's team de verandering wat dramatischer te maken. Ze brachten muizen in een winterslaapachtige toestand, die in wezen meer dan de helft van hun synapsen uitwiste. De muizen leken echter hun herinneringen te behouden. Natuurlijk deden ze dat.

Winterslaap is normaal gesproken een specialiteit van eekhoorns, hamsters en beren, maar het neurale circuit dat het activeert is geconserveerd bij zoogdieren - zelfs bij soorten die in het wild nooit een winterslaap houden, zoals muizen. In juni 2020 ontwikkelde een team onder leiding van Takeshi Sakurai, neurowetenschapper aan de Universiteit van Tsukuba en medewerker aan Tanaka's studie, een techniek om dit circuit kunstmatig te activeren door een populatie genaamd Q-neuronen in de hypothalamus te stimuleren. Het resultaat is een toestand die QIH wordt genoemd, voor Q-neuron-geïnduceerde hypothermie en hypometabolisme.

"Met ons protocol kunnen we de lichaamstemperatuur van muizen verlagen tot ongeveer 20 graden Celsius, en hun hartslag en ademhaling nemen ook aanzienlijk af," legt Tanaka uit. Of dit telt als echte winterslaap hangt af van je referentiepunt: beren verminderen de metabole vraag maar houden hun lichaamstemperatuur rond de 36 of 37 graden Celsius, terwijl sommige eekhoorns in een superdiepe winterslaap gaan waarbij hun lichaamstemperatuur het vriespunt nadert. "Kunstmatige winterslaap zit ergens in het midden van dat spectrum," zegt Tanaka.

Het belangrijkste aan QIH is dat het naar believen aan en uit kan worden gezet. In Tanaka's experimenten brachten muizen 48 uur door in de winterslaapachtige toestand en werden daarna wakker. Voor hun synapsen werkten die 48 uur als Thanos' vingerknip.

Om de synaptische slachting te meten, implanteerde Tanaka's team tetrodes - bundels fijne elektroden - in de hippocampus van vrij bewegende muizen, waardoor ze individuele neuronen konden registreren die vuurden. Ze ontdekten dat de activiteit met ongeveer 70 procent daalde zodra de winterslaap intrad. Hersenweefsel werd ook in beeld gebracht met behulp van seriële block-face scanning elektronenmicroscopie vóór, tijdens en dagen na de winterslaap. Het bleek dat de winterslaap meer dan de helft van de synapsen uitroeide - wat in principe de meeste herinneringen zou moeten hebben uitgewist. "Als je accepteert dat geheugensporen zich bevinden in de effectiviteit van individuele synapsen, en je verliest meer dan de helft van de synaptische verbindingen, dan zou je natuurlijk geheugenverlies daarna verwachten," zegt Tanaka. Maar het team vond geen dergelijke beperking.

Vóór de winterslaap waren de muizen getraind in twee standaard geheugentaken: contextuele angstconditionering (het associëren van een doos met een milde elektrische schok) en een plus-doolhoftaak (het leren navigeren naar een beloning). Beide taken zijn afhankelijk van hippocampale herinneringen, zoals bevestigd door het creëren van een laesie in het gebied na de training, waardoor de herinneringen verdwenen. Maar toen muizen die QIH ondergingen wakker werden, presteerden ze net zo goed als niet-winterslapende muizen. "Wat we in deze twee verschillende gedragsparadigma's vonden, is dat het geheugen volledig intact was," beweert Tanaka.

Het overleven van deze herinneringen was ook