De schuur waar hij werkt, bevindt zich in het paardenland Millbrook, New York, maar het echoot met trillingen, tweets en obbligatos - de rauwe muziek van meer dan duizend gekooide kanaries en vinken. "Hoor je die zijn hart zingen?" Vraagt Fernando Nottebohm. "Hij heeft meer dan een dozijn liedjes. Hij vertelt de mannen: 'Dit is mijn territorium.' Hij zegt tegen de vrouwtjes: 'Hé, kijk me aan.' '
gerelateerde inhoud
- De liedjes van deze vogel delen wiskundige kenmerken met menselijke muziek
- Hoe onze hersenen herinneringen maken
Deconstructie van vogelgezang lijkt misschien een onwaarschijnlijke manier om de biologie op te schudden. Maar het onderzoek van Nottebohm heeft de overtuiging verbrijzeld dat een brein zijn quotum van zenuwcellen krijgt kort na de geboorte en hulpeloos blijft staan als ze stuk voor stuk doodgaan - een 'feit' dat in de schedel van elke schoolkind wordt getrommeld. Integendeel, de vaak verkreukelde in Argentinië geboren bioloog demonstreerde twee decennia geleden dat het brein van een mannelijke zangvogel in de herfst verse zenuwcellen laat groeien om die te vervangen die in de zomer afsterven.
De bevindingen waren schokkend en wetenschappers uitten scepsis dat het volwassen menselijk brein dezelfde aanleg had voor regeneratie. "Lees mijn lippen: geen nieuwe neuronen, " riep Pasko Rakic, een neurowetenschapper aan de Yale University, twijfelend of een persoon, zoals een vogel, nieuwe neuronen zou kunnen laten groeien alleen om een lied te leren.
Geïnspireerd door het werk van Nottebohm ontdekten onderzoekers dat andere volwassen dieren - inclusief mensen - inderdaad nieuwe hersencellen kunnen produceren. En in februari rapporteerden wetenschappers voor het eerst dat gloednieuwe zenuwen in volwassen muizenhersenen impulsen leken te leiden - een bevinding die aanhoudende zorgen wegnam dat nieuw gevormde volwassen neuronen mogelijk niet zouden werken. Hoewel dergelijk bewijs voorlopig is, geloven wetenschappers dat deze groeiende hoeveelheid onderzoek inzichten zal opleveren in hoe mensen leren en onthouden. Ook kan het bestuderen van neurogenese of zenuwgroei hen ertoe brengen verwoestende ziekten zoals Parkinson en Alzheimer, veroorzaakt door verspilde zenuwen, beter te begrijpen en misschien te behandelen.
Weinigen zouden hebben voorspeld dat verkering door kanarie tot een dergelijke doorbraak zou leiden. De vogelstudies van Nottebohm "hebben onze ogen geopend dat het volwassen brein verandert en nieuwe cellen ontwikkelt gedurende het hele leven", zegt neurobioloog Fred Gage van het Salk Institute in La Jolla, Californië, wiens laboratorium recentelijk bewijs vond voor hergroei van zenuwcellen in het menselijk brein.
Het onderzoek van Nottebohm heeft bekendheid verworven in de biologie en daarbuiten. Een wetenschapper die een onconventionele visie bevordert en later wordt gerechtvaardigd, zorgt voor dwingend drama, het presenteren van een held die een beroep doet op de rebel in ons en een waarschuwende les om ruimdenkend te blijven. Toch geeft Nottebohm er de voorkeur aan revolutionair te zijn boven een staatsman. "Ik zat ooit in de 5 of 10 procent van de wetenschappers die in neurogenese geloofden", zegt hij. "Nu accepteert 95 procent die positie. Ik vond het liever dat ik beter in de minderheid was."
Hij is al sinds zijn jeugd een vogelliefhebber in Buenos Aires. "Luisteren naar vogels was een soort van mijn hobby", zegt hij. "Andere jongens hadden auto's, ik had vogels. Ik probeerde ze te identificeren aan de hand van hun liedjes." Hij promoveerde aan de Universiteit van Californië in Berkeley - ja, vogels bestuderen - voordat hij naar de Rockefeller University verhuisde.
Een belangrijk moment kwam in 1981 toen hij liet zien dat het volume van het deel van het brein van een mannelijke kanarie dat seizoensgebonden veranderingen in het maken van liedjes aanstuurt. Het piekt in het voorjaar, wanneer de behoefte om te paren het meeste van het muzikale vermogen van een aanbidder vereist, en krimpt in de zomer. Het begint dan weer uit te breiden in de herfst - een tijd om nieuwe nummers te leren en te repeteren. Die schommelingen, zo toonden Nottebohm en zijn collega's later, weerspiegelden de dood en ook de geboorte van duizenden neuronen. "Verbazingwekkend", schreef Gage en een collega onlangs.
In de loop der jaren hebben talloze laboratoria bewijs geleverd dat neurogenese bij volwassenen voorkomt bij een reeks dieren, waaronder de rat, de boomklauw en een soort aap, de marmoset. Ondertussen kregen wetenschappers aanwijzingen over de bron van de nieuwe neuronen. Arturo Alvarez-Buylla, een jonge collega van Nottebohm, trainde met nieuwe vogels naar bepaalde stamcellen in de voering van de ventrikels, die met vloeistof gevulde holtes in de hersenen zijn. Stamcellen (zoveel in het nieuws) bestaan door het hele lichaam. Het zijn niet-gedefinieerde cellen die een gespecialiseerde functie kunnen ontwikkelen, bijvoorbeeld een lever- of bloedcel. De ontdekking dat neuronen kunnen voortkomen uit stamcellen in de hersenvuren, hoopt op een potentieel onbegrensd materiaal voor het repareren van beschadigd hersenweefsel. Maar onderzoekers waarschuwen dat het voorlopig alleen maar speculatie is dat stamcellen die neuronen kunnen worden, op deze manier kunnen worden gebruikt.
In 1998 meldden onderzoekers dat neuronale groei ook voorkomt in het volwassen menselijk brein. De studies maakten gebruik van hersenweefsel van mensen die aan kanker stierven. De patiënten waren behandeld in Zweden en geïnjecteerd met een chemische stof genaamd BrdU. Omdat BrdU is opgenomen in het DNA van delende cellen, zou de chemische stof kunnen dienen als een marker voor nieuwe zenuwcellen in de hersenen. In het onderzoek verscheepten Zweedse onderzoekers de hersenstalen naar Gage in La Jolla. Hij en zijn collega's vonden BrdU in de hippocampus, een deel van de hersenen dat herinneringen vastlegt, wat suggereert dat er nieuwe neuronen zijn ontwikkeld en misschien een rol hebben gespeeld bij het opslaan van informatie.
Bijna alle aanwijzingen voor volwassen neurogenese bij zoogdieren zijn beperkt tot de hippocampus, en niemand weet zeker wat die nieuwe neuronen doen, als er iets is. Totdat wetenschappers vaststellen dat nieuwe, functionerende zenuwen ook verschijnen in de hersenschors, waar hogere gedachten worden verwerkt, blijven Rakic en anderen sceptisch dat volwassen neurogenese veel verschil maakt voor de werkelijke hersenfunctie. "We beginnen het leven met veel ongeschoolde neuronen, maar op een gegeven moment worden ze allemaal afgestudeerd", zegt hij. "Met neurogenese in de hersenschors, zou je neuronen hebben die nooit naar de lagere school gingen. Nieuwe cellen zouden al je herinneringen uithollen. Je zou alles opgeven wat je hebt gedaan om te verwerven."
Elizabeth Gould, een neurobiologe van de Princeton University die neurogenese vond in de marmoset en andere volwassen primaten, betoogt dat de nieuwe zenuwcellen nuttig moeten zijn. "Ik kan niet geloven dat de natuur zonder problemen duizenden nieuwe cellen per dag zou creëren", zegt ze. "Het lichaam is niet los van zijn middelen."
Nottebohm zegt dat het verouderende brein waarschijnlijk zenuwcellen moet ontwikkelen om nieuwe dingen te leren. "De hersenen hebben onvoldoende geheugenruimte", zegt hij. "Iedereen boven de 50 weet dat. Als we ons alles zouden herinneren, zouden we in overbelasting zijn."
Met dezelfde ijver die hij toonde toen hij de ontvangen wijsheid voor het eerst in verwarring bracht, begon Nottebohm in het midden van de jaren negentig nieuw werk met zwartgekopte chickadees. Als een van de Amerikaanse vogelsoorten om de noordelijke winter te doorstaan, leven chickadees in dat seizoen van zaden en ander voedsel dat ze in bomen hebben verstopt. Nottebohm ontdekte dat de vogels in de herfst nieuwe cellen kweken in een hersencentrum dat zich bezighoudt met ruimtelijk geheugen, het vermogen om te navigeren en dingen te vinden. De toegevoegde denkkracht helpt de chickadees om hun verborgen troves maanden later te vinden, zegt Nottebohm.
Dergelijk inzicht wint bewondering. "Fernando is altijd iedereen voor geweest", zegt Gould. "Zo ver vooruit dat mensen lange tijd zijn bevindingen niet als interessant of belangrijk konden accepteren. Nu komen ze rond."
