Lisa Genzel's onderzoek in de Translational Neuroscience Unit

Het is essentieel dat de dieren rustig en relaxed blijven.
Lisa Genzel
Universitair hoofddocent, Donders Instituut

Lisa Genzel is universitair hoofddocent bij het Donders Instituut. Ze doet onderzoek naar hoe muizen, ratten en mensen dingen onthouden. In dit interview vertelt ze waarom dieren zo belangrijk zijn voor haar onderzoek en hoe ze ervoor zorgt dat ze op een verantwoorde manier worden behandeld.

Wat onderzoek je bij de Translational Neuroscience Unit?

Mijn onderzoek richt zich op het begrijpen hoe we van individuele ervaringen tot bredere kennis komen. Als je iemand bijvoorbeeld vraagt wat de hoofdstad van Frankrijk is, weten ze dat het Parijs is, maar ze weten niet hoe ze dat weten. Ik wil weten wat er in de hersenen gebeurt als we over zoiets nadenken.

Daarvoor werk ik met verschillende proefpersonen: mensen, ratten en muizen. We bestuderen hun gedrag tijdens verschillende complexe gedragstaken. Een van onze belangrijkste hulpmiddelen is de HexMaze, een groot ruimtelijk doolhof waar de proefpersonen doorheen moeten navigeren. Voor ratten is het doolhof 5 bij 9 meter groot, voor muizen 2 bij 2 meter. Voor mensen werken we met een virtual reality-doolhof dat ongeveer zo groot is als een voetbalveld.

Waarom gebruik je deze drie verschillende soorten in je onderzoek?

Afhankelijk van de onderzoeksvraag die we onderzoeken, verandert de methode. En als de methode verandert, verandert ook de soort. We gebruiken muizen voor moleculaire technieken, om geheugensporen te visualiseren. Ratten worden gebruikt voor elektrofysiologie, waarbij hun neuronactiviteit wordt geregistreerd. Beide technieken zijn invasief en daarom niet mogelijk bij gezonde mensen. In plaats daarvan kunnen we bij mensen MRI-scans gebruiken om het leren van de hele hersenen in de loop van de tijd te observeren.

Idealiter zou ik al mijn experimenten met mensen doen, maar dat is niet mogelijk. Het goede nieuws voor mij is dat de hersengebieden en mechanismen die bij dergelijke herinneringen betrokken zijn, evolutionair geconserveerd zijn bij zoogdieren. Dat betekent dat ik ratten en muizen kan gebruiken om de gedetailleerde mechanismen te begrijpen die ik bij mensen niet kan onderzoeken, aangezien in hun hersenen hetzelfde gebeurt als in die van ons.

Mice participating in animal research, exploring a hex maze

Waarom is het voor jou essentieel om dieren te gebruiken in dit onderzoek?

Ik ben mijn onderzoek eigenlijk begonnen bij mensen – tijdens mijn doctoraatsonderzoek heb ik alleen met menselijke proefpersonen gewerkt. Later ben ik overgestapt op knaagdieren, omdat sommige vragen gewoon niet met mensen kunnen worden beantwoord. Dat komt omdat de hippocampus, een van de belangrijkste hersengebieden die cruciaal is voor het geheugen, heel diep in de hersenen ligt. De enige manier om daar toegang toe te krijgen, als ik iets wil registreren, is door iets te implanteren.

In mijn laboratorium implanteren we onder narcose elektroden in de hippocampus. Hierdoor kunnen we de activiteit van individuele cellen in de hersenen registreren, zowel tijdens het leren als tijdens de slaap. We denken, maar moeten nog bewijzen, dat nieuwe herinneringen tijdens de slaap worden afgespeeld. Hierdoor kunnen je hersenen de feiten uit elke ervaring die belangrijk zijn en die je lang in je geheugen wilt bewaren, eruit halen. En daarvoor moet ik overschakelen op knaagdieren. De moleculaire methoden waarmee we kunnen vaststellen welke cellen deel uitmaken van het geheugenspoor, vereisen dat we de hersenen verwijderen, wat ook niet mogelijk is bij mensen.

Hoe zorg je ervoor dat dieren veilig worden behandeld?

Als geheugenonderzoeker wil ik gezonde fysiologie begrijpen. Ik doe geen onderzoek naar stress, dus als de dieren die ik onderzoek gestrest zouden zijn, zou dat het hele experiment veranderen en de resultaten zinloos maken. Daarom is het essentieel dat de dieren kalm en ontspannen blijven.

Onze belangrijkste aanpak hierbij is om veel met de dieren te spelen. We zorgen ervoor dat ze ons aardig vinden, dat er regelmatig positieve interacties zijn en dat alle gedragstaken die worden uitgevoerd natuurlijk zijn voor het dier. We proberen elke vorm van bekrachtiging te vermijden, en als er toch bekrachtiging is, is die altijd positief, zodat de proefdieren dicht bij hun natuurlijke gedrag blijven.

In ons laboratorium zijn er meerdere mensen die met dieren omgaan. Voordat iemand met ze mag omgaan, moeten ze eerst langs mij komen. Alleen als ik er zeker van ben dat de dieren met respect worden behandeld, mag je met het onderzoek beginnen. We hebben ook een aantal video's gemaakt over hoe je zorgvuldig met ze omgaat, vergelijkbaar met hoe je met je huisdier of een kind omgaat. Alles wat het dier ongelukkig zou kunnen maken, vermijden we.

Mice participating in animal research, sniffing at a small bottle

Hoe kijk je naar het concept van diervrije innovaties?

We gebruiken mensen en computermodellen waar mogelijk. Maar cellen in een petrischaal kunnen geen herinneringen vormen of doolhoven oplossen. Zelfs als we een systeem zouden bouwen dat dat wel kan, zou het vanwege zijn cognitieve complexiteit bescherming verdienen, net als een dier. Het cognitieve niveau dat we bestuderen vereist modellen met bewustzijn.

Sommige mensen zeggen dat dierproeven alleen mogen worden toegestaan als ze direct verband houden met het genezen van ziekten. Hoe kijk je daar naar?

Ik houd me bezig met fundamenteel onderzoek. Dat is onderzoek waarvan we de impact niet altijd van tevoren kunnen voorspellen, maar dat vaak tot grote doorbraken leidt. Denk bijvoorbeeld aan de maanmissies van NASA. Op de maan landen is op zich niet nuttig voor de mensheid, maar het onderzoek van NASA heeft ons zoveel andere voordelen opgeleverd: van betere weersvoorspellingen tot veiligere brandblusapparatuur en diverse medische technologieën.

We willen begrijpen hoe de hersenen complexe problemen oplossen. Dat kan ons bijvoorbeeld helpen om betere kunstmatige intelligentieoplossingen te ontwikkelen. Als we AI-systemen kunnen modelleren naar de hersenen van zoogdieren, zou dat ze enorm kunnen verbeteren.

En op medisch gebied zijn er psychische aandoeningen. Neem bijvoorbeeld depressie. Die wordt momenteel gedefinieerd aan de hand van symptomen, maar omvat waarschijnlijk veel verschillende stoornissen. Sommige nieuwe theorieën suggereren dat het een geheugenstoornis is: mensen blijven hangen in de verkeerde herinneringen. Nieuwe antidepressiva zoals ketamine werken mogelijk door herinneringen te wissen of te veranderen. Om dat te begrijpen, moeten we eerst begrijpen hoe het geheugen werkt.