Tot voor kort dachten veel hersenwetenschappers dat werkgeheugen, het vermogen om informatie kort vast te houden, werkte via aanhoudende activiteit van hersencellen. Maar tijdens zijn postdoc in Oxford begon Spaak daar aan te twijfelen. “Ik heb toen met geavanceerde analysemethoden gekeken of dat idee standhield. Dat bleek niet het geval,” vertelt hij.
Wat dan wel? Geïnspireerd door onderzoek naar langetermijngeheugen ontstond het idee dat werkgeheugen misschien werkt via snelle veranderingen in de connectiviteit tussen hersencellen. “Voor langetermijngeheugen weten we dat nieuwe verbindingen ontstaan of bestaande sterker worden. Voor werkgeheugen is dat nog een hypothese en die wil ik nu gaan testen.”
Twee pijlers
In het project staan twee pijlers centraal. De eerste is technologisch: Spaak ontwikkelt nieuwe analysemethoden waarmee hij op basis van ‘spike data’, de elektrische activiteit van hersencellen, kan schatten hoe cellen met elkaar verbonden zijn, en hoe die connectiviteit mogelijk verandert tijdens geheugentaken. “Het idee is dat als je bijvoorbeeld een zes moet onthouden, er in een fractie van een seconde een ander verbindingspatroon ontstaat dan bij een acht.”
De tweede pijler is experimenteel. Spaak werkt met bestaande datasets uit twee samenwerkingen: één met onderzoekers in Harvard en Berlijn, waarin hersenactiviteit bij ratten is gemeten, en één met een ziekenhuis in Bielefeld (Duitsland), waar patiënten met geïmplanteerde elektroden geheugentaakjes speelden. “Dat hebben we als een soort videospelletje vormgegeven, zodat patiënten het leuk vinden. Daardoor hebben we bijzonder veel data per persoon.”
De looptijd van het project is 3,5 jaar. In die tijd verwacht Spaak verschillende mijlpalen: eerst de ontwikkeling van de analysetool, vervolgens de toepassing ervan op de datasets, en uiteindelijk een symposium met internationale experts. “Als we bewijs vinden voor snelle connectiviteitsveranderingen, opent dat nieuwe deuren. Dan rijst de vraag: hoe veranderen die verbindingen zo snel? Dat mechanisme kennen we nog niet.”
Relevant voor geheugenstoornissen
Hoewel het onderzoek fundamenteel is, kan het op termijn ook klinisch relevant zijn. Werkgeheugenstoornissen spelen een rol bij ziektes als Parkinson, Alzheimer en ADHD. “Ik ben zelf geen klinisch onderzoeker,” benadrukt Spaak, “maar als we weten hoe werkgeheugen wél werkt in gezonde hersenen, dan is dat een belangrijke basis voor toekomstige behandelingen.”