Of je nu een sollicitatiegesprek met glans doorstaat, iemand voor het eerst ontmoet of op een onverwachte uitdaging reageert: succes hangt vaak af van hoe goed je je gedrag kunt aanpassen. In sommige situaties kan snel aanpassen zelfs een kwestie van overleven zijn. Maar hoe weet het brein wanneer het tijd is om een oude strategie los te laten en iets nieuws te proberen?

Hoe de hersenen reageren op onverwachte tegenslagen

Neurowetenschappers van het Okinawa Institute of Science and Technology hebben een belangrijk mechanisme in de hersenen ontdekt dat dieren helpt zich aan te passen wanneer de omstandigheden plotseling veranderen. De bevindingen kunnen ons inzicht vergroten in aandoeningen die het moeilijk maken om gewoontes te doorbreken, zoals obsessief-compulsieve stoornis, verslaving en de ziekte van Parkinson. Gedragsflexibiliteit wordt beschouwd als een van de belangrijkste cognitieve vaardigheden bij mensen en dieren. Het stelt ons in staat om te reageren op nieuwe informatie, fouten te herkennen en strategieën aan te passen wanneer gewoontegedrag niet langer tot het gewenste resultaat leidt. Zonder dit vermogen zouden individuen herhaaldelijk dezelfde beslissingen nemen, zelfs wanneer deze duidelijk niet langer succesvol zijn.

“De hersenmechanismen die ten grondslag liggen aan gedragsveranderingen waren tot nu toe moeilijk te begrijpen, aangezien aanpassing aan een specifieke situatie neurologisch zeer complex is. Het vereist gecoördineerde activiteit in meerdere hersengebieden,” verklaarde coauteur Jeffery Wickens. Eerdere studies hadden al aangetoond dat zogenaamde cholinerge interneuronen een belangrijke rol spelen bij gedragsaanpassing. Deze gespecialiseerde zenuwcellen geven acetylcholine af, een neurotransmitter die betrokken is bij aandacht, leren, geheugen en besluitvormingsprocessen. Een disfunctioneren van dit systeem wordt al lang in verband gebracht met diverse neurologische en psychiatrische aandoeningen. “Eerder onderzoek heeft aangetoond dat cholinerge interneuronen – dat wil zeggen hersencellen die de neurotransmitter acetylcholine afgeven – betrokken zijn bij het mogelijk maken van gedragsflexibiliteit. Hier konden we met behulp van geavanceerde beeldvormingstechnieken de afgifte van neurotransmitters in realtime observeren en de onderliggende mechanismen achter gedragsflexibiliteit onderzoeken.”

Om dit te onderzoeken, trainden de onderzoekers muizen om door een virtueel doolhof te navigeren. De dieren leerden welk pad naar een beloning leidde en ontwikkelden geleidelijk een betrouwbare strategie om die te bereiken. Dergelijke leerprocessen lijken op het vormen van gewoontes bij mensen. Als bepaald gedrag herhaaldelijk wordt beloond, slaat de hersenen de bijbehorende handeling op als een succesvolle strategie. De uitdaging ligt echter in het weer veranderen van deze gewoontes wanneer de omstandigheden veranderen. Nadat het beloningspad was gewijzigd, kregen de muizen onverwacht niet de beloning die ze hadden verwacht. Deze situatie komt overeen met wat neurowetenschappers een “voorspellingsfout” noemen – een moment waarop de werkelijkheid niet overeenkomt met de verwachtingen van de hersenen. Dergelijke voorspellingsfouten worden beschouwd als een belangrijke drijfveer voor leren en aanpassing. Met behulp van hoge-resolutie tweefotonmicroscopie konden de onderzoekers de activiteit van individuele neuronen en de afgifte van neurotransmitters in de hersenen van de dieren bijna in realtime observeren.

“Neuraal gezien zagen we een significante toename in de afgifte van acetylcholine in bepaalde delen van de hersenen. En wat het gedrag betreft, zagen we dat meer muizen zogenaamd ‘loss-shift’-gedrag vertoonden, waarbij ze hun beslissingen in het doolhof veranderden nadat ze geen beloning hadden ontvangen,” aldus eerste auteur Gideon Sarpong. Hoe groter de toename van acetylcholine, hoe groter de kans dat de dieren hun gedrag veranderden. De resultaten suggereren dat acetylcholine aan de hersenen signaleert dat een eerder succesvolle strategie niet langer werkt en dat er een nieuwe oplossing moet worden gezocht.

Acetylcholine helpt oude gewoontes te doorbreken

Om te testen of acetylcholine inderdaad verantwoordelijk was voor deze gedragsflexibiliteit, verminderden de onderzoekers het vermogen van de dieren om de neurotransmitter aan te maken. Het effect was duidelijk. De muizen vertoonden aanzienlijk minder ‘loss-shift’-gedrag en hielden vaker vast aan hun eerdere beslissingen, ook al leidden deze niet langer tot succes. Hierdoor konden de wetenschappers voor het eerst een direct verband aantonen tussen de afgifte van acetylcholine en het vermogen om gedrag aan te passen.

Acetylcholine is een van de oudst bekende neurotransmitters en beïnvloedt talrijke processen in de hersenen. Naast zijn rol bij aandacht en geheugen lijkt het ook te fungeren als een soort biologisch signaal voor onzekerheid en verandering. Wanneer een verwachte beloning uitblijft, neemt de acetylcholineactiviteit toe, waardoor de hersenen bestaande gedragspatronen in twijfel trekken en nieuwe mogelijkheden verkennen. Dit mechanisme zou kunnen verklaren waarom mensen in staat zijn om van fouten te leren en hun gedrag aan nieuwe situaties aan te passen.

Interessant genoeg reageerde niet elke groep cholinerge interneuronen op dezelfde manier. Terwijl de meeste cellen hun afgifte van acetylcholine verhoogden, vertoonden sommige kleinere groepen cellen weinig verandering of zelfs een afname in activiteit. Volgens de onderzoekers zou dit een belangrijk mechanisme kunnen zijn voor het behoud van eerder geleerde informatie. De hersenen gooien een oude strategie dus niet onmiddellijk weg, maar blijven deze opslaan voor het geval deze in de toekomst weer van pas komt.

“Dit suggereert dat de muizen de eerdere route naar de beloning niet per se vergeten, maar deze informatie juist vasthouden voor het geval de situatie weer verandert,” zegt dr. Sarpong. Deze balans tussen stabiliteit en aanpassingsvermogen wordt beschouwd als een van de grootste uitdagingen voor de hersenen. Enerzijds moet succesvol gedrag worden opgeslagen; anderzijds mogen de hersenen niet zo star worden dat ze niet meer op veranderingen kunnen reageren.

Implicaties voor verslaving, obsessief-compulsieve stoornis en de ziekte van Parkinson

De onderzoekers benadrukken dat gedragsflexibiliteit veel meer omvat dan één enkele neurotransmitter of één enkel celtype. Talrijke hersengebieden, waaronder de prefrontale cortex, de basale ganglia en het striatum, werken nauw samen om leren, besluitvorming en aanpassing mogelijk te maken. Niettemin vormen de nieuwe bevindingen een belangrijk stukje van de puzzel om deze complexe processen te begrijpen. “Maar het is een belangrijk stukje van de puzzel, aangezien de activiteit van het striatum, waar deze cholinerge interneuronen zich bevinden, een centraal onderdeel van dit systeem is,” benadrukte prof. Wickens. Het striatum speelt een sleutelrol bij het vormen van gewoontes, het evalueren van beloningen en het sturen van doelgerichte handelingen. Stoornissen in dit gebied worden in verband gebracht met talrijke neurologische aandoeningen.

Naast fundamenteel onderzoek kunnen deze bevindingen op de lange termijn ook klinische betekenis krijgen. De ziekte van Parkinson gaat niet alleen gepaard met een tekort aan de neurotransmitter dopamine, maar ook met frequente veranderingen in het acetylcholinesysteem. Soortgelijke stoornissen zijn waargenomen bij schizofrenie, verslavingsstoornissen en obsessief-compulsieve stoornis (OCS). Vooral bij verslaving en OCD vinden de getroffenen het vaak moeilijk om vastgeroeste gedragspatronen te doorbreken, zelfs als deze negatieve gevolgen hebben.

“Acetylcholinewaarden zijn vaak veranderd bij de behandeling van neuropsychiatrische aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson of schizofrenie; daarom is inzicht in de functie van deze neurotransmitter essentieel voor de behandeling van veel neuropsychiatrische aandoeningen,” aldus prof. Wickens. “Vooral bij aandoeningen zoals verslaving en obsessief-compulsieve stoornis zien we dat het moeilijk is om gewoontes te doorbreken en gedrag te veranderen. Inzicht in de mechanismen van gedragsflexibiliteit zou ons daarom op een dag kunnen helpen om betere behandelmethoden te ontwikkelen.”

Hoewel het onderzoek zich nog in een vroeg stadium bevindt en de resultaten in eerste instantie bij muizen zijn verkregen, bieden ze waardevolle inzichten in hoe de hersenen reageren op onverwachte veranderingen. Op de lange termijn kunnen dergelijke bevindingen bijdragen aan de ontwikkeling van therapieën die mensen helpen schadelijke gewoontes gemakkelijker te overwinnen, flexibeler te reageren op nieuwe situaties en weer controle te krijgen over hun gedrag.

Gedragsflexibiliteit en de interne klok van de hersenen

De bevindingen van het onderzoek kunnen ook worden bekeken in de context van de chronobiologie, d.w.z. onderzoek naar de biologische ritmes van het lichaam. Hoewel dit aspect hier niet direct is onderzocht, is bekend dat het vermogen van de hersenen om flexibel te reageren en beslissingen aan te passen niet constant is, maar wordt beïnvloed door het circadiane ritme. Deze interne klok reguleert slaap-waakcycli, aandacht, leervermogen en vele cognitieve processen, waardoor de hersenen op bepaalde momenten van de dag ontvankelijker en aanpasbaarder zijn dan op andere.

Acetylcholine speelt een centrale rol in dit proces, aangezien de activiteit ervan nauw verband houdt met waakzaamheid, aandacht en de verwerking van nieuwe informatie. Aangezien deze neurotransmitter ook cruciaal lijkt te zijn bij de aanpassing van gedrag na onverwachte gebeurtenissen, zou deze kunnen fungeren als een schakel tussen cognitieve flexibiliteit en biologische dagritmes. Verstoringen van de slaap of de interne klok kunnen daarom ook het vermogen om nieuwe informatie te verwerken en gewoontes aan te passen, belemmeren.

Het is ook interessant om op te merken dat aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson, obsessief-compulsieve stoornis of stoornissen in het middelengebruik vaak gepaard gaan met zowel een verminderde gedragsaanpassing als verstoringen van de slaap en het circadiane ritme. Dit suggereert dat de twee systemen wellicht nauwer met elkaar verbonden zijn dan eerder werd gedacht. Hoewel de huidige studie dit verband niet direct heeft onderzocht, levert ze een nieuw stukje van de puzzel op met betrekking tot de interactie tussen de temporele organisatie in de hersenen en flexibele besluitvorming.