De gamma hersengolven, de samenwerkende neuronen die actief zijn bij cognitieve functies zoals aandacht, geheugen en waarneming, zijn sterk erfelijk bepaald. Dat blijkt uit onderzoek van neurowetenschapper Stan van Pelt van het Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour van de Radboud Universiteit Nijmegen, dat op 7 maart is gepubliceerd in The Journal of Neuroscience.

Hersencellen of neuronen communiceren via elektrische stroompjes. Reeksen van stroompjes worden zichtbaar in golven: de langzame delta- en de snellere gammagolven en golven daartussen: theta, alfa en bèta. Verwerkingsprocessen in de hersenen zijn nauw verbonden met deze hersenritmes. Van een aantal golven was al bekend dat ze erfelijk zijn, maar voor de gammagolven was dat nog niet eerder aangetoond.

Tweelingonderzoek
Aan het onderzoek werkten veertig eeneiige tweelingen en veertig twee-eiige tweelingen mee. Van Pelt kon deze tweelingen opsporen via het Nederlands Tweelingen Register van prof. Boomsma uit Amsterdam, medeauteur van dit artikel. Eéneiige tweelingen zijn genetisch kopieën van elkaar, ze hebben hetzelfde erfelijke materiaal, twee-eiige tweelingen lijken genetisch gezien net zoveel op elkaar als gewone broers en zussen, zij hebben gemiddeld de helft van hun erfelijke materiaal gemeenschappelijk. Als erfelijke aanleg van invloed is op de gammagolven, dan zal het golfpatroon bij eeneiige tweelingen meer overeenkomen dan bij twee-eiige tweelingen. Eeneiige tweelingen hebben immers precies dezelfde erfelijke aanleg. Het resultaat bleek ook zo.

MEG
Met behulp van MEG (MagnetoEncefaloGrafie, letterlijk ‘magnetisch hersenschrift’), mat Van Pelt de gammaritmes in de hersenen van de proefpersonen terwijl ze keken naar een plaatje met een cirkelvormig patroon (zie plaatje; cirkels bewogen naar het midden toe). Tijdens deze taak werden de netwerken van gammaneuronen actief in de visuele cortex. De neuronen synchroniseerden hun ritmes met piekfrequenties variërend van 45 tot 85 Hz.

Vrijwel identiek
Bij een-eiige tweelingen waren deze piekfrequenties vrijwel identiek (correlatie r = 0,88), bij twee-eiige tweelingen was dat niet het geval (r = 0,32). Stan van Pelt: ‘De gammaritmes zijn voor 91 procent erfelijk. En dat is heel hoog, hoger kan bijna niet. De ontbrekende negen procent kun je toeschrijven aan meetruis.’ Van Pelt heeft nu gekeken naar de erfelijke overeenkomst van het gammaritme bij een visuele (/waarnemings)taak. Hij veronderstelt dat hetzelfde geldt voor andere cognitieve functies.

Wat kunnen we ermee?
Van Pelt: ‘We wisten al wel dat een aantal hersenfuncties of -aandoeningen erfelijk zijn. Bij schizofreniepatiënten zie je een minder sterk gammasignaal. Eerdere studies suggereerden dat schizofrenie een erfelijke component heeft. Met studies zoals de onze kunnen we nu in de hersenen onderzoeken wat de neurobiologiche oorzaken hiervan precies zijn.’
Het onderzoek maakt deel uit van het grotere onderzoeksprogramma binnen het Donders Instituut en het Ernst Strüngmann Institute in Frankfurt naar wat de functionele rol is van ritmische activiteit in de hersenen, met name hoe dit neuronale communicatie en signaalverwerking efficiënt kan maken.

Brain Awareness Week
Tijdens de internationale Brain Awareness Week  van 12 t/m 18 maart wordt internationaal aandacht gegeven aan de hersenen. Het Donders Instituut organiseert in dat kader een open dag, op vrijdag 16 maart van 14.00-22.00u, zie http://www.dondersbrainweek.nl/. Het MEG-apparaat dat gebruikt is voor deze studie (er zijn er maar twee van in Nederland!) kan dan ook bezichtigd worden.

Magnetoencephalography in twins reveals a strong genetic determination of the peak frequency of visually-induced gamma-band synchronization. Stan van Pelt, Dorret I. Boomsma, Pascal Fries,  The Journal of Neuroscience, March 7, 2012  32(10)