Hoe werkt het geheugen onder invloed van stress? - Chapter 10

In dit hoofdstuk wordt de invloed van stress op het geheugen besproken.

Hoe werkt het geheugen?

Het geheugen bestaat uit verschillende onderdelen. Allereerst is er het onderscheid tussen het langetermijngeheugen en het kortetermijngeheugen. In het langetermijngeheugen ligt die informatie opgeslagen die niet meteen nodig is, maar wat wel beschikbaar is. Informatie die maar heel even nodig is, is opgeslagen in het kortetermijngeheugen. Ook bij het voeren van een gesprek doet iemand een beroep op het kortetermijngeheugen, door te kunnen onthouden wat iemand net heeft gezegd. Neuropsychologen hebben ontdekt dat er een bepaald deel van het langetermijngeheugen is dat herinneringen opslaat die ver teruggaan in de kindertijd. Deze worden opgeslagen in het deel van de hersenen dat onderscheiden is van delen waarin meer recente herinneringen opgeslagen zijn. Bij demente mensen is vaak een groot deel van het langetermijngeheugen beschadigd, maar het deel met de herinneringen van vroeger blijft vaak in tact.

Een andere belangrijke onderscheiding is het verschil tussen het expliciete (ook wel ‘declarative’ geheugen genoemd) en het impliciete geheugen (dat een belangrijk subtype bevat dat ‘procedureel geheugen’ heet). Het expliciete geheugen bevat herinneringen van feiten en gebeurtenissen. Het impliciete procedurele geheugen daarentegen bestaat uit vaardigheden en gewoontes. Handelingen kunnen eerst opgeslagen liggen in het expliciete geheugen, waarna ze overgaan naar het impliciete geheugen. Het geheugen kan heel erg verstoord worden wanneer iemand een herinnering die impliciet is, expliciet probeert te maken.

Zoals er verschillende soorten geheugen zijn, zo zijn er ook verschillende gebieden van de hersenen betrokken bij het opslaan en terughalen van herinneringen. Belangrijke delen zijn de cortex en de hippocampus. Deze twee onderdelen zijn beschadigd bij een patiënt met de ziekte van Alzheimer. De cortex is een beetje zoals de harde schijf van een computer, waar de herinneringen zijn opgeslagen. De hippocampus is het toetsenbord, het middel om herinneringen op de harde schijf op te slaan en terug te halen. Het deel van het geheugen dat de lichaamsbewegingen voor zijn rekening neemt, zijn de kleine hersenen.

Het onderscheid tussen expliciet en impliciet geheugen, alsmede de neuroanatomische basis hiervan, is rond 1950 ontdekt aan de hand van een van de meest tragische personen in de neurologie: patiënt H.M. Hij was een patiënt met een ernstige vorm van epilepsie die zijn oorsprong vond in de hippocampus.

Hij was resistent tegen de behandelingen met de medicijnen die in die tijd beschikbaar waren. Als een laatste uitkomst werd een groot deel van zijn hippocampus weggehaald. Het resultaat hiervan was dat hij niet meer in staat was om herinneringen op korte termijn om te zetten in herinneringen op langere termijn. Het was opvallend dat hij nog wel even snel als anderen wist hoe hij dingen moest doen.

Men heeft lang gedacht dat ieder individueel neuron in de cortex een eigen taak heeft. Dit idee kwam op door onderzoek in de jaren ’60 door Hubel en Wiesel uit Harvard. Ze ontdekten dat er een deel van de visuele cortex was waarin elk neuron op één ding antwoordde, namelijk een lichtpuntje op de retina. Van neuronen die antwoorden op een aaneenschakeling van naburige lichtpuntjes, lopen projecties naar een neuron in de volgende laag. De neuronen beantwoorden dus aan een rechte lijn. Een serie van deze neuronen heeft projecties naar de volgende laag, doordat elk neuron op dat corticale niveau beantwoordt aan een bepaalde bewegende lichtlijn. Deze ontdekking zorgde ervoor dat mensen gingen geloven dat er nog een vierde niveau moet zijn, waarin elk neuron beantwoordt aan een bepaalde verzameling van lichtlijnen. Ook dachten ze dat er nog een vijfde, zesde, zevende (enz.) laag zou zijn, waar een neuron antwoordt op één ding.

Geheugen van informatie worden echter opgeslagen in neurale netwerken in plaats van in enkele neuronen. Deze neurale netwerken zijn vaste rijen neuronen. De eerste laag bestaat uit neuronen van het type van Hubel en Wiesel, waarbij elk neuron één feit weet. Deze drie neuronen zenden informatie naar de tweede laag, die we nu even de neuronen A tot en met E noemen. Zo geeft 1 bijvoorbeeld informatie door aan A, B en C, 2 aan B, C en D en 3 aan C, D en E.

Hoe versterken mensen de takken van een netwerk?

Neurowetenschappers zien leren en het opslaan van informatie als het versterken van sommige takken van een netwerk. Een neuron scheidt chemische boodschappers uit. Deze boodschappers noemen we ook wel neurotransmitters. De neurotransmitters gaan naar de synaps. Synapsen zijn kleine gaatjes tussen de takken van twee neuronen. Via de synaps wordt de boodschap doorgegeven van het ene neuron naar het andere. Er zijn heel veel verschillende soorten neurotransmitters. Zo maken synapsen in de hippocampus en de cortex gebruik van de meest prikkelbare neurotransmitter, namelijk glutamaat. Behalve het feit dat ze snel reageren, hebben glutamatergische synapsen twee eigenschappen die heel belangrijk zijn voor het geheugen:

• De synapsen zijn nonlineair in hun functie. Bij andere neurotransmitters wordt er een aantal neurotransmitters uitgescheiden waardoor de volgende neuron geprikkeld wordt. Wanneer er meer van de neurotransmitter uitgescheiden wordt, is de prikkeling ook meer. Bij glutamatergische synapsen gebeurt er niets wanneer er een beetje van de neurotransmitter wordt vrijgelaten. Pas wanneer een bepaalde drempel is overschreden, wordt het tweede neuron opeens heel actief.
• De tweede eigenschap van glutamatergische synapsen is minstens zo belangrijk. Onder de juiste omstandigheden gebeurt er iets wanneer een synaps een voldoende aantal neurotransmitters heeft ontvangen. De synaps wordt actiever, waardoor het de volgende keer minder lang duurt voordat je het begrijpt.

Er is steeds meer bewijs voor het feit dat de formatie van nieuwe herinneringen zijn oorzaak vindt in de vorming van nieuwe connecties tussen neuronen en zelfs in de vorming van nieuwe neuronen.

Hoe kan kortdurende stress zorgen voor een verbeterd geheugen?

Korte termijnstressfactoren kunnen het geheugen verbeteren. Dit is de optimale vorm van stress, die ‘stimulatie’ heet; tijdens het ervaren van dit type stress zijn mensen alert en geconcentreerd. Dit effect is gebleken uit onderzoeken met laboratoriumdieren en mensen. Een belangrijk onderzoek op dit gebied werd uitgevoerd door Cahill en McCaugh. Ze lazen een verhaaltje voor aan een controlegroep, dat niet zo spannend was. Aan de experimentele groep werd een verhaal voorgelezen dat verschilde van het verhaal van de controlegroep. In de kern van het verhaal gebeurde iets dat emotioneel geladen was. Toen de proefpersonen weken later getest werden, bleek dat zij hun verhaal beter konden navertellen dan de controlegroep, maar dan alleen het middelste, emotionele gedeelte. Deze ontdekking komt overeen met het zogenaamde ‘flashbulb geheugen’, waarin mensen zich heel levendig een spannende of gebeurtenis met grote emotionele waarde kunnen herinneren. Het geheugen voor emotionele gebeurtenissen wordt vergroot, hoewel de accuratesse niet altijd van hoog niveau is. Het geheugen voor de neutrale delen van het verhaal bleek niet goed te zijn.

Uit dit onderzoek wordt ook duidelijk hoe dit effect inwerkt op het geheugen. Bij een stressvol verhaal wordt de stressreactie geactiveerd. Het sympatische zenuwstelsel is van kracht en dat zorgt ervoor dat er epinefrine en norepinefrine in de bloedstroom terecht komt. Sympatische stimulatie is heel belangrijk. Dit werd aangetoond door Cahil en McCaugh, die proefpersonen een medicijn gaven dat sympatische activatie blokkeert. Het resultaat was dat proefpersonen uit de experimentele groep zich het verhaal niet beter herinnerden dan mensen uit de controlegroep.

Het sympatische zenuwstelsel brengt de hippocampus in een meer alerte, geactiveerde staat, waardoor geheugenvorming gemakkelijker wordt. Deze geheugenvorming vindt plaats in de amygdala. Het sympatische zenuwstelsel heeft nog een tweede manier om cognitie te vergroten. Er is veel energie voor nodig en het sympatische zenuwstelsel helpt hierbij door glucose te mobiliseren in de bloedstroom en de kracht te vergroten waarmee het bloed naar de hersenen gepompt wordt. Het lichaam beschikt dus over een goed aanpassend geheugen.

Bovendien helpt een milde verhoging van het glucocorticoïdengehalte het geheugen ook. Dit gebeurt in de hippocampus, waar het verhoogde glucocorticoïdengehalte het langetermijngeheugen helpt. Tenslotte zijn er enkele mechanismen waardoor gematigde, kortetermijnstress de receptoren van de zintuigen sensitiever maakt. De reukzin, tastzintuigen en cochleaire cellen in de oren hebben minder stimulatie nodig om de informatie naar het brein te sturen.

Zorgt aanhoudende stress voor een slechter geheugen?

Onderwijskundigen noemen het de ‘omgekeerde-U-relatie’: het feit dat het geheugen verbetert ten gevolge van kortdurende stress, maar verslechtert wanneer de stressfactor aanhoudt. Deze verslechtering is aangetoond in talloze onderzoeken met laboratoriumratten en met een scala aan stressfactoren. Hetzelfde werd gezien bij onderzoeken waar ratten een hoog glucocorticoïdengehalte toegediend kregen.

Onderzoekers toonden ook aan dat andere hersenfuncties niet aangetast worden door stress. Ook is het ophalen van eerdere herinneringen vatbaarder voor beschadiging door stress dan de vorming van nieuwe herinneringen.

Bij het Cushing-syndroom ontwikkelen mensen tumoren die er voor zorgen dat er veel te veel glucocorticoïden uitgescheiden worden. Als gevolg hiervan heeft de patiënt grote kans op:

• verhoogde bloeddruk;
• diabetes;
• immuunsuppressie;
• voortplantingsproblemen, enzovoort.

Zij krijgen echter ook geheugenproblemen. Dit heet ook wel Cushingoïde dementie. Vooral het expliciet geheugen is aangetast bij deze mensen. Dit is ook vaak het geval wanneer mensen gedurende lange tijd worden behandeld met glucocorticoïden.

Stress verstoort ook de executieve functies. Onder deze functies verstaat men datgene dat mensen doen met opgeslagen feiten. Dit gebeurt in het deel van de hersenen dat de prefrontale cortex heet.

Wat zijn beschadigende effecten van stress op de hippocampus?

Onderzoek bij laboratoriumdieren heeft verschillende effecten aangetoond:

• Ten eerste zorgt stress ervoor dat neuronen in de hippocampus niet meer werken. Zelfs wanneer er geen glucocorticoïden geproduceerd worden, verstoort stress toch de langetermijnpotentiatie in de hippocampus. Extreme activatie van het sympatische zenuwstelsel is hier verantwoordelijk voor. Het meeste onderzoek naar dit onderwerp is toch gericht op de glucocorticoïden. Wanneer de stress meer wordt dan gematigd, stimuleert het hormoon de langetermijnpotentiatie niet meer, integendeel, het verstoort het proces.

Ron de Kloet ontdekte hoe een stijgend glucocorticoïdengehalte tot een bepaalde waarde de communicatie tussen neuronen vergroot en het tegenovergestelde doet bij een te ver gestegen gehalte. De hippocampus heeft grote hoeveelheden van twee verschillende typen receptoren voor glucocorticoïden. Het hormoon is echter ongeveer tien keer zo goed in het binden aan het ene type receptor (de hoge affiniteitreceptor) dan aan het andere (de lage affiniteitreceptor). Wanneer het glucocorticoïdengehalte een klein beetje stijgt, wordt een groot gedeelte van het hormooneffect bemiddeld door de hoge affiniteitreceptor. Wanneer de stress groter wordt, wordt ook de lage affiniteitreceptor geactiveerd. Activatie van de eerstgenoemde receptor verbetert de geheugenfuncties, terwijl activering van de tweede receptor de geheugenfuncties vermindert.

Ook de amygdala heeft hierbij een belangrijke functie. De amygdala raakt sterk geactiveerd gedurende grote stressfactoren en stuurt een grote, invloedrijke projectie naar de hippocampus. Deze activatie zorgt ervoor dat stress de functie van de hippocampus verstoort. Wanneer de amygdala bij een rat beschadigd wordt, beschadigt stress niet meer het deel van het geheugen waarbij de hippocampus betrokken is.

• Ten tweede worden neurale netwerken losgekoppeld. Axonen en dendrieten zijn heel belangrijk als het gaat om neurale communicatie en neurale netwerken. McEwen toonde aan dat na een aantal weken van stress deze verbindingen bij ratten beginnen te atrofiëren en vervolgens een beetje af te breken.
• Ten derde belet stress de vorming van nieuwe neuronen. Vorming van nieuwe neuronen heet neurogenese.

Twee kenmerken van neurogenese zijn belangrijk. Het eerste kenmerk is dat de hippocampus een van de plaatsen in het brein is waar deze nieuwe neuronen ontstaan. Het tweede kenmerk is dat de mate waarin neurogenese plaatsvindt gereguleerd kan worden.

De mate van neurogenese kan verhoogd worden door:

• Leren,
• een verrijkte omgeving,
• oefening,
• blootstelling aan oestrogeen.

Stress en glucocorticoïden daarentegen kunnen neurogenese tegengaan. Het is nog niet bekend of en hoe snel de neurogenese weer herstelt nadat de stressfactor is afgelopen.

Er is ook nog niet veel zekerheid over de functie van neurogenese. Aan de ene kant staan onderzoeken die beweren dat onder de juiste condities er veel nieuwe neuronen ontstaan en dat deze verbindingen vormen naar andere neuronen. Deze nieuwe verbindingen zijn nodig voor verschillende vormen van leren. Aan de andere kant zijn deze uitkomsten heel erg betwijfeld door andere onderzoekers.

• Ten vierde bedreigt stress de hippocampale neuronen. De stressfactor verhoogt in eerste instantie de energielevering naar de hersenen, maar wanneer de stressfactor 30 minuten aanhoudt, gaat deze glucosetoevoer weer terug naar normale niveaus. Wanneer de stressfactor nog langer aanhoudt, wordt de glucosetoevoer tot 25% gereduceerd, vooral in de hippocampus. Dit effect is te wijten aan glucocorticoïden. Het is niet ernstig voor gezonde neuronen, maar neuronen die zich juist in een neurologische crisis bevinden, hebben meer kans om af te sterven.

• Er is bewijs dat bij langdurige stress hippocampale neuronen gedood kunnen worden.

En in 1980 is aangetoond dat “glucocorticoïd neurotoxicity” niet slechts in het laboratorium voorkwam, maar ook in het normale leven van ratten. Stress en glucocorticoïden versnellen de degeneratie van de verouderende hippocampus. Dit proces vertraagt bij de verwijdering van de bijnieren, omdat er dan minder glucocorticoïden worden aangemaakt. Ook bepaalt het glucocorticoïdengehalte de hoeveelheid geheugenverlies.

Er zijn een aantal problemen die kunnen ontstaan door de invloed van stress op de hippocampus:

• Het Cushing’s syndroom. Mensen met dit syndroom produceren een heel hoog glucocorticoïdeniveau als gevolg van tumoren. De consequenties hiervan zijn beschadigingen van het deel van het geheugen waar de hippocampus bij betrokken is. Met ‘brain-imaging’ technieken is te zien dat deze mensen een afname hebben in het volume van de hippocampus. Hoe groter de glucocorticoïdenuitscheiding, des te groter het verlies van volume in de hippocampus en des te groter de geheugenproblemen.
• Posttraumatische stressstoornis. Deze angststoornis kan veroorzaakt worden door een verscheidenheid aan traumatische stressfactoren. Mensen met PTSS die blootgesteld zijn aan herhaaldelijke trauma’s hebben een kleinere hippocampus. Ook bij deze stoornis geldt: hoe meer trauma’s iemand meegemaakt heeft, des te ernstiger de volumevermindering.
• Ernstige depressie. Deze geestelijke ziekte hangt samen met langdurige stress. Hoe langduriger de stressfactor des te groter de volumevermindering van de hippocampus. Verder geldt dat depressieve personen vooral een verkleinde hippocampus hebben, wanneer het type depressie dat zij hebben, verweven is met een verhoogd glucocorticoïdengehalte.
• Herhaaldelijke jetlags. Voor mensen die een carrière in het vliegtuig hebben, geldt doorgaans: hoe korter de gemiddelde tijd om te herstellen van een jetlag gedurende de carrière, des te kleiner de hippocampus en des te groter de geheugenproblemen.
• Ouder worden. Mensen bij wie het glucocorticoïdengehalte stijgt, hebben gemiddeld meer kans op volumevermindering van de hippocampus en geheugenvermindering.
• Interacties tussen glucocorticoïden en neurologische beschadigingen. Uit een aantal onderzoeken blijkt, dat hoe hoger het glucocorticoïdengehalte, des te groter de neurologische beschadigingen.

Er zijn echter een aantal tegenbewijzen voor de bovenstaande resultaten. Zo zijn er onderzoeken die aantonen dat mensen met PTSS een lager glucocorticoïdengehalte hebben. Wanneer dit het geval is, kan het niet zo zijn dat de abnormale uitscheiding van hormonen de hippocampus beschadigt. Toch vormen de hormonen een aannemelijke verklaring. PTSS-patiënten zijn namelijk gevoeliger voor glucocorticoïden.

Bovendien is het niet duidelijk of de afname van het volume in de hippocampus te wijten is aan de trauma’s zelf, of aan de posttraumatische periode die daarop volgt. Er is ook een theorie die beweert dat mensen met een kleinere hippocampus vatbaarder zijn voor het ontwikkelen van PTSS.

Het is dus moeilijk om een causaal verband aan te tonen tussen een verhoogd glucocorticoïdengehalte en atrofie van de hippocampus. Er zijn echter wel goede redenen om te denken dat er wel degelijk een causaal verband is.

Een voorbeeld hiervan is het feit dat wanneer het glucocorticoïdengehalte weer normaal wordt bij mensen met het Cushing’s syndroom, dan ook de hippocampus weer langzaam teruggaat naar zijn oorspronkelijke grootte.