23.2 Ontwikkeling van het Menselijke Brein
Op het moment dat een eicel wordt bevrucht
door een zaadcel, bestaat een menselijk embryo
uit slechts één cel. Deze cel begint echter al snel
te delen en op de veertiende dag bestaat het
embryo uit meerdere lagen cellen met een
verhoogd gebied in het midden. Dit lijkt enigszins
op een gebakken ei. Het verhoogde gebied vormt
het primitieve lichaam. Drie weken na de
bevruchting heeft het embryo een primitief brein,
dat in feite een laag cellen is aan één uiteinde van
het embryo. Deze laag cellen rolt zich op om een
buis te vormen.
De structuur die de neurale buis wordt genoemd,
lijkt op hoe een plat vel papier kan worden
opgerold tot een cilinder.
Het lichaam en het zenuwstelsel veranderen snel in de volgende 3 weken van ontwikkeling.
Rond 7 weken (49 dagen) begint het embryo op een miniatuurmensje te lijken en, zoals in
Figuur 23.1 wordt weergegeven, ziet het brein er ongeveer 100 dagen na de bevruchting
duidelijk menselijk uit. Echter, het begint pas rond 7 maanden met de vorming van gyri
(hersenkronkels) en sulci (groeven). Aan het einde van de negende maand heeft het brein
het ruwe uiterlijk van het volwassen menselijke orgaan, hoewel de cellulaire structuur nog
verschillend is.
Uit onderzoek naar de ontwikkeling van het brein van een kind blijkt dat er een reeks
veranderingen in een vaste volgorde plaatsvindt, zoals samengevat in Tabel 23.1. Dit
ontwikkelingsprogramma heeft twee bijzondere kenmerken:
1. Onderdelen van het zenuwstelsel ontstaan uit cellen waarvan de bestemming
en functie grotendeels vooraf bepaald zijn voordat ze migreren vanuit de wand van de
ventrikels waar ze ontstaan.
2. De ontwikkeling wordt gekenmerkt door een aanvankelijke overvloed aan
cellen, vertakkingen en verbindingen. Een belangrijk deel van de daaropvolgende rijping
bestaat uit apoptose, ofwel genetisch geprogrammeerde celdood, of het snoeien van het
aanvankelijke overschot.
Tekortkomingen in het genetisch programma, trauma’s tijdens de zwangerschap,
blootstelling aan giftige stoffen of andere factoren kunnen leiden tot afwijkingen of
ontwikkelingsfouten die bijdragen aan ernstige misvormingen, zoals vermeld in Tabel 23.2.
Minder uitgesproken tekorten kunnen leiden tot problemen zoals leerstoornissen of zich
manifesteren als subtiele gedragsveranderingen.
Tabel 23.1 Stadia van hersenontwikkeling:
1. Celgeboorte (neurogenese; gliogenese)
2. Celmigratie
, 3. Celdifferentiatie
4. Celrijping (groei van dendrieten en axonen)
5. Synaptogenese (vorming van synapsen)
6. Celdood en synaptisch snoeien
7. Myelogenese (vorming van myeline)
Neuronvorming
De neurale buis is de “kraamkamer” van de hersenen. De multipotente neurale stamcellen
langs de wanden hebben een groot vermogen tot zelfvernieuwing. Wanneer een stamcel
zich deelt, produceert deze twee stamcellen: één sterft, en de andere blijft zich opnieuw
delen. Dit proces herhaalt zich voortdurend gedurende het leven van een persoon. Bij
volwassenen bekleden neurale stamcellen de ventrikels en vormen de subventriculaire zone.
Als stamcellen zich uitsluitend langs de ventrikels zouden bevinden gedurende het hele
leven, zouden ze vreemd lijken voor het menselijk lichaam. Maar stamcellen hebben een
andere functie: ze geven aanleiding tot voorlopercellen (progenitorcellen). Deze
voorlopercellen delen zich ook, maar produceren uiteindelijk niet-delende cellen, bekend als
neuroblasten en glioblasten, die zich respectievelijk ontwikkelen tot gespecialiseerde
neuronen en gliacellen (zie figuur 3.6).
Neurale stamcellen geven dus aanleiding tot veel gespecialiseerde hersen- en
ruggenmergcellen. Stamcellen blijven neuronen en gliacellen produceren, niet alleen in de
vroege volwassenheid, maar ook in een ouder wordend brein, althans in de reukbol en de
hippocampus. Het feit dat neurogenese kan doorgaan tot in de volwassenheid en zelfs op
oudere leeftijd is belangrijk: het betekent dat als letsel of ziekte neuronen bij een volwassene
doet afsterven, de hersenen wellicht kunnen worden aangezet om deze neuronen te
vervangen. Helaas weten we nog niet hoe we stamcellen kunnen instrueren om dit
vervangingsproces uit te voeren. Letsel aan weefsels van het centrale zenuwstelsel is daarom
meestal permanent.
Een controversiële vraag is wat de nieuwe neuronen doen in volwassen hersenen (zie Gould
et al., 1999). De voortdurende productie van nieuwe neuronen gedurende het hele leven
suggereert dat mogelijk oude neuronen afsterven. Dat lijkt zo te zijn. Gezien de balans tussen
celvorming en celdood in de reukbol en hippocampus kunnen we speculeren dat het
toevoegen van nieuwe neuronen, en daarmee hun bijdrage aan neurale circuits, een rol
speelt bij het vormen van nieuwe herinneringen. Het afsterven van neuronen en het daaruit
voortvloeiende verlies van neurale circuits zou gerelateerd kunnen zijn aan het verlies van
oude herinneringen.
Het overleven van nieuwe neuronen in de hippocampus lijkt gerelateerd te zijn aan ervaring:
dieren die taken leren waarbij activering van de hippocampus nodig is, behouden meer
nieuw gevormde neuronen dan dieren die taken uitvoeren waarvoor dat niet nodig is.
De vraag of postnatale neurogenese in de cortex plaatsvindt, is echter verre van opgelost en
zal waarschijnlijk nog geruime tijd controversieel blijven. Priscilla Mota en Suzana Herculano-
Houzel toonden in 2012 met behulp van isotrope fractionering, een nieuwe methode om
neuronen te tellen, een aanzienlijke toename aan van het aantal neuronen in de cortex van
, ratten tijdens de adolescentie, gevolgd door een significante daling die begon in de vroege
volwassenheid. De auteurs hebben geen vergelijkbare studie bij primaten uitgevoerd.
Celmigratie en differentiatie
De productie van neuroblasten die bestemd zijn om de hersenschors te vormen, is
grotendeels voltooid rond het midden van de zwangerschap (4,5 maanden). De celmigratie
naar verschillende hersengebieden gaat echter nog maanden door, zelfs na de geboorte.
Sommige regio’s voltooien de migratie pas ongeveer 8 maanden na de geboorte. Gedurende
de laatste 4,5 maanden van de zwangerschap is de hersenen bijzonder kwetsbaar voor letsel
of trauma, waaronder zuurstoftekort (asfyxie).
Blijkbaar kunnen de hersenen beter omgaan met letsel tijdens neuronvorming dan tijdens
celmigratie en differentiatie. Een mogelijke reden hiervoor is dat neuronvorming, zodra deze
eenmaal stopt, van nature niet opnieuw start. Als neurogenese echter nog voortgaat, kunnen
de hersenen mogelijk beschadigde cellen vervangen of bestaande gezonde cellen anders
toewijzen.
De celmigratie begint kort nadat de eerste neuronen zijn gevormd, maar gaat weken door
nadat de algemene neuronvorming voltooid is. Na het voltooien van de algemene
neurogenese begint de celdifferentiatie, waarbij neuroblasten zich ontwikkelen tot specifieke
typen neuronen. De celdifferentiatie is in feite voltooid bij de geboorte, hoewel de rijping van
neuronen — waaronder de groei van dendrieten, axonen en synapsen — jaren doorgaat en
in sommige hersendelen tot in de volwassenheid voortduurt.
De hersenschors is georganiseerd in verschillende gebieden die verschillen in hun cellulaire
samenstelling. Hoe worden deze verschillende gebieden
tijdens de ontwikkeling vastgesteld? Pasko Rakic en zijn
collega’s (2009) stellen dat de subventriculaire zone een
primitieve kaart van de hersenschors bevat, die cellen op
specifieke subventriculaire locaties aanstuurt om naar
bepaalde hersenschorsgebieden te migreren. Een bepaald
deel van de subventriculaire zone kan bijvoorbeeld cellen
produceren die bestemd zijn voor de visuele cortex, terwijl
een ander deel cellen produceert die migreren naar de
frontale kwabben.
Maar hoe weten de cellen waar deze verschillende delen
van de hersenschors zich bevinden? Het antwoord is dat
ze reizen langs “wegen” gevormd door radiale gliacellen,
waarvan elke cel een vezel heeft die zich uitstrekt van de
subventriculaire zone naar het oppervlak van de
hersenschors, zoals geïllustreerd in figuur 23.2. De cellen
van een specifiek gebied in de subventriculaire zone
hoeven alleen de gliacel-weg te volgen om op de juiste
plek te eindigen.
