“De synaps zijn essentieel voor het leven”, zegt Mendell Rimer, PhD, universitair hoofddocent aan het Department of Neuroscience and Experimental Therapeutics van het Texas A&M College of Medicine. Hij bestudeert een specifieke synaps genaamd de neuromusculaire junctie, die – zoals de naam al aangeeft – een motorneuron verbindt met een skeletspiervezel. Hier legt hij uit hoe synapsen werken en wat we wel en niet weten over deze cruciale verbindingen.
Synapsen maken deel uit van het circuit dat zintuigelijke organen, zoals die welke pijn of aanraking detecteren, in het perifere zenuwstelsel verbindt met de hersenen. Synapsen verbinden neuronen in de hersenen met neuronen in de rest van het lichaam en van die neuronen met de spieren. Zo wordt bijvoorbeeld de intentie om onze arm te bewegen omgezet in het daadwerkelijk bewegen van de spieren van de arm. Synapsen zijn ook belangrijk binnen de hersenen, en spelen bijvoorbeeld een vitale rol in het proces van geheugenvorming.
“Informatieoverdracht binnen het zenuwstelsel werkt in circuits, die informatie kunnen opnemen, zoals het feit dat er een bal op ons afkomt, of een output kunnen creëren, zoals het omhoog brengen van de arm om de bal te vangen,” zei Rimer. “Elk van deze circuits heeft een aantal synapsen die de neuronen verbinden die de zintuiglijke informatie over de naderende bal naar de hersenen brengen en de neuronen die de motorische commando’s van de hersenen uitvoeren om de arm te bewegen.”
Tegelijkertijd moeten al deze transmissies zeer snel gebeuren, in milliseconden, zodat het lijkt alsof het allemaal tegelijk gebeurt – en we worden niet in het gezicht geraakt door de bal.
Er zijn twee verschillende soorten synapsen, de elektrische en de chemische, en ze werken heel verschillend. Het eenvoudigste type is de elektrische synaps, waarbij er in wezen geen openingen tussen de cellen zijn. In plaats daarvan reizen ionen door zogenaamde “gap junctions” en brengen ze een elektrische lading over naar het volgende neuron.
Hoe kan ik de ontwikkeling van de hersenen van mijn baby stimuleren?
“We weten heel weinig over hoe deze synapsen worden gereguleerd,” zei Rimer. “Elektrische synapsen zijn onvoldoende bestudeerd.”
Deze spleetjuncties zijn misschien beter te begrijpen in andere delen van het lichaam, omdat ze niet uniek zijn voor neuronen. Er zijn andere cellen, zoals in het hart, die ook gap junctions hebben die elektrische signalen doorgeven.
Aan de andere kant, bij chemische synapsen, wordt het elektrische signaal binnen neuronen, een actiepotentiaal genoemd, vertaald in een chemisch signaal dat over de synaps kan reizen naar het volgende neuron in het circuit. “Synapsen kunnen hier worden gezien als een relaispost tussen cellen, waar je een signaal moet omzetten,” zei Rimer. Dit gebeurt door het vrijkomen van chemische stoffen, neurotransmitters genaamd, die vrijkomen in pakketjes, vesikels genaamd, bij aankomst van een actiepotentiaal bij de synaps. Wanneer de neurotransmitter het volgende neuron in de keten bereikt, wordt het chemische signaal weer omgezet in een actiepotentiaal dat langs dat neuron naar de volgende synaps reist, enzovoort.
“In de hersenen werkt het systeem zo dat het daadwerkelijk beter wordt – dat is wat leren en geheugen is,” zei Rimer. “We denken dat de neuronen in het circuit meer neurotransmitter kunnen vrijgeven of meer receptoren uitzetten, zodat de synaptische transmissie wordt versterkt en efficiënter wordt naarmate we iets nieuws leren en nieuwe herinneringen vormen.”
Het geheugen kan ook de creatie van nieuwe synapsen inhouden. “We denken dat in de hersenen het aantal en het type synapsen zeer dynamisch zijn,” zei Rimer. “Er zijn vele manieren waarop ze gedrag beter maken, of in sommige gevallen zelfs slechter.” Met andere woorden, verlies van synapsen in de hersenen als gevolg van een degeneratieve ziekte zoals Alzheimer of Parkinson, zal een overeenkomstig verlies van functie veroorzaken in verband met wat die synapsen ook deden. In feite wijst recent onderzoek erop dat het de synapsen zijn, in plaats van de neuronen zelf, die de eerste kunnen zijn die de effecten van deze aandoeningen vertonen.
Synapsen in de rest van het lichaam lijken niet zo kwetsbaar te zijn. “In de neuromusculaire verbinding zijn een paar neurotransmittermoleculen voldoende om een reactie in de spiercel op gang te brengen,” zei Rimer. “Het systeem is erop ingesteld om nooit te falen. Dat wil niet zeggen dat ze nooit problemen hebben – Rimer’s onderzoek richt zich op genetische en immunologische ziekten die de receptoren in deze neuromusculaire verbindingen aantasten, waardoor problemen ontstaan van relatief klein, zoals hangende oogleden, tot veel ernstiger, zoals problemen met het middenrif en andere spieren die betrokken zijn bij de ademhaling.
“Het feit dat problemen met synapsen ertoe kunnen leiden dat iemand stopt met ademen, laat zien hoe essentieel synapsen zijn voor ons voortbestaan,” zei Rimer. “Mensen richten zich vaak op de neuronen of spiercellen, maar de verbindingen daartussen zijn net zo essentieel.”
Dit verhaal van Christina Sumners verscheen oorspronkelijk in Vital Record.