Wie speelt nu écht de hoofdrol in het verhaal van onze herinneringen? Al tientallen jaren richt de neurowetenschap zich vooral op neuronen — die snelle signaalgevers die onze gedachten en herinneringen vormen. Maar in de coulissen, onopvallend en ruimschoots aanwezig, schuilen andere spelers: de zogenoemde astrocyten.
Wat als ons geheugen niet enkel van de beroemde neuronen afhangt, maar juist van deze onzichtbare compagnons? Het zou verklaren waarom herinneringen zich al vanaf onze kindertijd bijna magisch vormen — een echte doorbraak.
Onderzoekers van het MIT en IBM kwamen nu met een prikkelende theorie: astrocyten — een type gliacel dat altijd werd gezien als ‘ondersteunend personeel’ van de neuronen — zouden weleens een sleutelrol kunnen spelen in ons geheugen. Dit is geen wilde gok; het is onderbouwd met een complex wiskundig en biologisch model dat de kijk op ons brein drastisch verandert.
Astrocyten: de grote onbekenden van het brein
Zeker geen zeldzaamheid in het brein — integendeel, astrocyten zijn zelfs de meest voorkomende celsoort daar. Lang was hun taak simpel: afval opruimen, chemisch evenwicht bewaren, hulp bieden aan neuronen in hun eeuwige dorst naar zuurstof, energie en stabiliteit.
Recente inzichten laten zien dat astrocyten véél meer doen. Ze kronkelen zich om synapsen (de verbindingen tussen neuronen) en bouwen ‘drievoudige synapsen’ genaamd. Eén astrocyt kan met meer dan een miljoen synapsen in contact staan — een connectienetwerk waar je even stil van wordt. Eerst dachten we dat astrocyten alleen passief luisterden. Maar ze kunnen óók reageren en gliotransmitters loslaten — moleculen die direct de communicatie tussen neuronen beïnvloeden.
Een radicale hypothese: herinneringen overstijgen neuronen
Het nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences, stelt een computermodel voor waarin astrocyten zelf geheugencapaciteit toevoegen aan het breinnetwerk, niet alleen de synapsen tussen neuronen — wat altijd werd aangenomen.
De onderzoekers suggereren dat astrocyten “berekeningen” uitvoeren en dat deze aanpasbaar zijn via interne signaleringsroutes. Hun stellingname wordt ondersteund door een wiskundig geheugenmodel dat is geïnspireerd op kunstmatige neurale netwerken: een absolute must-read voor wie van AI houdt.
De grote stap voorwaarts: dankzij de interne calciumtransmissie kunnen astrocyten gelijktijdig met talloze synapsen communiceren en zo de geheugencapaciteit van het netwerk explosief vergroten.
Van kunstmatige netwerken naar het menselijk brein
De onderzoekers bouwen voort op zogeheten “Dense Associative Memories” — netwerken die veel verder gaan dan de klassieke Hopfield-netwerken, waarmee nu al wordt gewerkt bij AI-bedrijven in Amsterdam en Eindhoven.
Door astrocyten te verwerken in het model als extra knooppunten, volgt er een fascinerende wetmatigheid: hoe meer astrocyten, hoe meer herinneringen mogelijk. Het lijkt wel alsof elk nieuw knooppunt de rek van het geheugen niet alleen toevoegt, maar als het ware vermenigvuldigt.
Volgens de makers komt dat doordat herinneringen in het netwerk van processen van astrocyten vastgelegd worden — niet alleen in de synapsen. Zo groeien breincapaciteiten ongekend snel. Deze ontdekking spreekt de populaire engram-theorie niet tegen (dat herinneringen in gesynchroniseerde neuronengroepen zitten), maar geeft er een slimme twist aan.
Hoe passen astrocyten in het rekenwerk van het brein?
Het hart van het nieuwe model is een wiskundig idee — de energiefunctie. Elke herinnering is een ‘energie-minimum’ in een abstracte ruimte. Als u één detail herinnert, neigt de hersenactiviteit te ontwaken en het volledige geheugenpatroon terug te halen — net zoals u een naam ineens te binnen schiet bij het zien van een oude foto in de kroeg op de Nieuwezijds Voorburgwal.
Dit model voegt een extra dimensie toe: complexe ‘vierde-orde’-interacties via de astrocyt-netwerken. Het belangrijkste wiskundige object hierbinnen — de tensor T — maakt het mogelijk dat synapsen op grotere afstand via astrocyten beïnvloed worden. Zo ontstaat de mogelijkheid tot krachtigere, flexibelere geheugenopslag.
In computersimulaties blijkt bovendien: het systeem kan foutjes zelf corrigeren, en zelfs onvolledige beelden of geluiden afmaken — Petje af, als u het mij vraagt.
Doorbraak: wat betekent dit voor de neurowetenschap en AI?
Dit alles vraagt om een herziening van het klassieke handboek neurobiologie: misschien is niet alleen de synaps het fundament van het geheugen, maar ook die vergeten astrocytentakjes. Als straks blijkt dat ook in Nederlandse labs astrocyten elektronisch geheugen upgraden, schrijven we een nieuw hoofdstuk in de hersenwetenschap.
De parallellen met de nieuwste kunstmatige intelligentiesystemen — zoals de transformer-architecturen achter ChatGPT — zijn opvallend. De onderzoekers suggereren dat hun astrocytenmodel aandachtmechanismen in AI kan verbeteren, maar ook dat wat werkt op de UvA in kunstmatige netwerken straks kennis oplevert over échte breinen.
Het resultaat: inzicht over en weer, en misschien, wie weet, slimmere AI in uw volgende online bankapp.
Hoe controleer je of deze theorie klopt?
Het spannendste volgt nog: hoe test je zo’n theorie? De onderzoekers stellen voor om de interne verbindingen binnen astrocyten te manipuleren en te zien hoe het geheugen reageert. Technisch uitdagend, maar met de actuele tools in o.a. het Erasmus MC niet meer onmogelijk.
Bovendien willen de onderzoekers het model toetsen op echte fysiologische data. Raken alleen nabijgelegen astrocyten verbonden? Draagt beperking daarvan bij aan natuurgetrouwer computerbreinen?
Hun verwachting is helder: als je de calciumstromen door astrocyten blokkeert, zou het ophalen van een herinnering lastiger worden. Mocht dat inderdaad in toekomstige experimenten worden bevestigd, dan breekt er een revolutionaire tijd aan — zowel voor de neurowetenschappen als voor AI.