Heimel Group

Alexander Heimel:

Nobelprijswinnaars (1973) Niko Tinbergen en Konrad Lorenz stelden op basis van gedrags-experimenten bij dieren dat instinct aangeboren, onveranderbaar gedrag is. Toen ze kalkoenkuikens blootstelden aan ‘overvliegende’ kartonnen vogelfiguren, sloegen de kuikens alarm bij silhouetten van roofvogels, herkenbaar aan hun korte nek. Maar bij vogelfiguren met een lange nek bleven ze rustig. De conclusie van beide wetenschappers: in de babykalkoenhersenen zit een aangeboren sjabloon voor vogels die gevaarlijk voor hen zijn.‘Later bleek dat die kuikens op een Beierse boerderij zaten en al heel vaak overvliegende ganzen hadden gezien. Daarom waren ze daar niet meer bang voor,’ glimlacht Heimel. ‘Er was dus sprake van habituatie (gewenning aan regelmatig terugkerende prikkels, de eenvoudigste vorm van leren). Instinctief gedrag kan op basis van ervaringen dus wél veranderen.’

Heimel onderzoekt bij muizen in welke hersencircuits instinctief gedrag wordt opgewekt en waar habituatie plaatsvindt. Hiervoor gebruikt hij een flexibele glasvezel die, geplaatst in het muizenbrein, hersencellen fluorescerend maakt als ze actief zijn. Zo kan hij zien welke hersencircuits aan het werk zijn als hij, bijvoorbeeld, met behulp van een magneet een balletje beweegt op de ondoorzichtige bodem van een muizenkooi. Heimel: ‘Een muis gaat daar meteen op af en wil het pakken, ook al heeft hij nog nooit zoiets gezien. Dus als er iets kleins beweegt, is het kennelijk zijn instinct om zo te handelen. In de muizenhersenen zitten cellen die dat balletje detecteren, de muis moet zich erop richten en vervolgens het balletje pakken. Al die fasen proberen we precies in kaart te brengen.’

De gegevens die Heimel ophaalt, kan hij vervolgens gebruiken om te testen welke hersencellen cruciaal zijn voor instinctief gedrag. Dat doet hij door op grond van deze data bepaalde hersencircuits met behulp van de glasvezel ‘aan’ en ‘uit’ te zetten. Heimel: ‘Activiteit die tegelijk voorkomt met wegrennen, zoals bijvoorbeeld sneller ademhalen, is niet noodzakelijk voor instinctief gedrag. Zulke activiteit moeten we eruit filteren om erachter te komen welke hersencircuits uitsluitend voor instinctief gedrag van belang zijn. Die kennis kan ons op het spoor zetten van de neurale basis van, bijvoorbeeld, instinctieve schrikreacties die extreem versterkt worden, zoals bij PTSS (posttraumatische stress-stoornis) het geval is.’

Naast dit onderzoek verdiept Heimel zich in de vraag hoe het visuele systeem informatie codeert. ‘Als ik iemand op een andere plek zie en hij draagt andere kleding, herkent mijn netvlies hem toch – ook al is het exacte beeld anders dan eerder het geval was, en ook al lijkt hij op allerlei andere plaatjes die mijn brein heeft opgeslagen. Blijkbaar maakt mijn visuele systeem ergens een abstractie, maar waar en hoe?’ Ook hier moet onderzoek naar de hersenactiviteit van muizen uitkomst bieden. De kennis die dat oplevert is niet alleen voor mensen van belang, maar kan ook helpen bij het – sneller – ontwikkelen van computer vision, technologie die beelden omzet in informatie. Denk dan bijvoorbeeld aan gezichts- en gedragsherkenning en -interpretatie, aan toepassingen op het gebied van virtual en augmented reality, en aan verbeterde prestaties van zelfrijdende auto’s.