Zo ontwikkelt het brein zich door het leven heen

De ontwikkeling van ons brein begint zo’n drie weken na de bevruchting. Een week later is er, met een beetje goede wil, al echt een breintje in te herkennen. Tegen de tijd dat we uit de buik kruipen, is ons brein dus acht maanden oud.

De ontwikkeling van het babybrein

In die tijd is al heel wat werk verzet: allereerst zijn er enorme hoeveelheden hersencellen geproduceerd. Een deel daarvan blijft waar ze zijn, maar veel cellen moeten aan de wandel om op de juiste plek terecht te komen. Tijdens die reis rollen sommige hersencellen hun verbindingskabels als een soort verlengsnoer achter zich uit.

Dat alles gebeurt in een moordend tempo: elke minuut worden er een kwart miljoen nieuwe hersencellen geproduceerd en elke seconde ontstaan er een slordige 1,8 miljoen nieuwe verbindingen. Tijdens die snelle groei is ons brein ontzettend gevoelig voor tekorten aan noodzakelijke stoffen, zoals foliumzuur, en voor blootstelling aan schadelijke stoffen, zoals alcohol en cocaïne. Dergelijke schadelijke stoffen kunnen ervoor zorgen dat hersencellen op de verkeerde plek terechtkomen. Dat kan bijvoorbeeld leiden tot een verstandelijke beperking of epilepsie.

Het is geen sinecure om elk deel van het brein van het goede aantal zenuwcellen te voorzien. Bovendien moeten alle verbindingen deugen; het hersengebiedje dat je grote teen aanstuurt, moet ook echt met je teen zijn verbonden. Omdat de kans op fouten aanzienlijk is, produceert ons lichaam twee tot drie keer zoveel hersencellen als er uiteindelijk nodig zijn en laat het dan over aan survival of the fittest.

Neuronen die niet op tijd contact maken met een andere zenuwcel, maken er zelf een einde aan. Alleen hersencellen die een nuttige verbinding vormen, krijgen van de ontvangende cel een groeifactor. Daardoor plegen ze geen zelfmoord, maar groeien ze juist verder uit. Gek genoeg zijn we dus nog voordat we worden geboren al zeker de helft van onze hersencellen weer kwijtgeraakt.

Hoewel het breintje van een foetus verre van af is, kan het al best iets. Na 22 weken reageert het op een geluid of een por. Maar het negeert zo’n prikkel wanneer die steeds wordt herhaald (‘Ja, nou weet ik het wel’): een eenvoudige vorm van geheugen. Na 32 weken zijn foetussen in staat tot verbanden leggen en kunnen ze bijvoorbeeld leren dat een bepaald geluid voorspelt dat er een por aankomt.

Ze zijn zelfs in staat televisiedeuntjes te onthouden die ze in de buik vaak hebben gehoord. Baby’s (twee tot vier dagen oud) van moeders die de serie Neighbours volgden tijdens de zwangerschap, stopten met bewegen en werden alert zodra ze de herkenningsmelodie voor het eerst buiten de buik hoorden, terwijl ze niet reageerden op andere deuntjes.

Kindertijd: groeien en snoeien

Bij de geboorte weegt ons brein nog maar zo’n 350 gram. Slechts een jaar later is dat een kilo, wat al in de buurt komt van het volwassen gewicht van 1,2 tot 1,4 kilo. Wat gebeurt er in de tussentijd? Heel veel, want weliswaar ligt de overgrote meerderheid van hersencellen inmiddels netjes op haar plek, maar ze gaan zich nu sterk vertakken. Er vindt een enorme toename plaats van het aantal synapsen, de contactpunten waar hersencellen boodschappen aan elkaar doorgeven.

Alleen al tijdens de eerste maand na de geboorte neemt het aantal verbindingen tussen hersencellen toe van 15 biljoen naar 1000 biljoen (dat is een 1 met 15 nullen). Ter illustratie: zou de rest van ons lichaam net zo snel groeien, dan zou een baby na een maand al 70 kilo wegen.

Net als met het aantal hersencellen is er ook hier weer sprake van overproductie: eerst worden er veel te veel verbindingen gevormd, en daarvan wordt in de loop van de kindertijd weer een groot deel ‘weggesnoeid’. De nuttige verbindingen blijven intact en de overbodige en minder handige verbindingen ruimen het veld. Dat riekt naar verspilling; alsof je een huis bouwt met zes kamers, om er vervolgens drie te slopen wanneer je erachter komt dat je die niet nodig blijkt te hebben.

Het probleem is echter dat ons lichaam van tevoren niet weet waarvoor we onze hersenen precies gaan gebruiken. Gaan we Chinees spreken of Nederlands? Groeien we op bij de !Kung in de Kalahariwoestijn of in hartje New York? Het brein houdt in eerste instantie alle opties open. Onze genetische instructies zorgen dat er een gigantische hoeveelheid hersencellen en verbindingen is, en onze ervaringen bepalen vervolgens welke daarvan overleven.

De aanvankelijk enorm dichte wirwar van bedrading, met tot wel twee keer zoveel verbindingen als in een volwassen brein, maakt het kinderbrein heel flexibel en ‘plastisch’. Het kan nog alle kanten op. Voor bepaalde ervaringen, zoals het leren van een eerste of tweede taal, is de kindertijd dan ook een ‘gevoelige’ (ontvankelijke) periode.

Bepaalde hersengebieden, zoals het gebied van Broca, specialiseren zich in het verwerken van de moederstaal. Wie van jongs af aan tweetalig wordt opgevoed, blijkt voor beide talen precies dezelfde hersengebieden te gebruiken. Mensen die later, vanaf de puberteit, een tweede taal leren, gebruiken daarvoor een nabijgelegen gebiedje, omdat het oorspronkelijke taalcentrum inmiddels volledig is ingericht voor de moederstaal. Wie te laat aan een tweede taal begint, kan dan ook nog wel het vocabulaire leren, maar zal niet of nauwelijks meer de uitspraak of grammatica van een native speaker bereiken.

Met het snoeien komt er een einde aan de gevoelige periode. Het brein is nu een stuk minder flexibel, maar de overgebleven verbindingen zijn wel veel sterker en efficiënter geworden. Wát we nu kunnen, kunnen we daarom veel beter.

Ouderdom: aftakeling

Tijdens de ouderdom komen de grenzen van die compensatie in zicht. Er zijn bovendien aanwijzingen dat de achteruitgang van het geheugen en de reactiesnelheid na het zestigste levensjaar in een stroomversnelling raken. Daarnaast komen hersenaandoeningen als de ziekte van Alzheimer om de hoek kijken. Hoewel ieder brein achteruitgaat, lijkt het effect van de aftakeling afhankelijk te zijn van de opleiding die we hebben genoten en van de mate waarin we actief blijven.

Onderzoek bij oudere nonnen liet zien dat hun geheugen en vermogen om informatie te verwerken weliswaar achteruitgingen met de ontwikkeling van het brein, maar minder bij de nonnen die mentaal actief bleven met lezen, kruiswoordpuzzels en museumbezoek. Bovendien hadden de ondernemendste ouderen 47 procent minder kans om getroffen te worden door de ziekte van Alzheimer.

Waarom bleven de actieve nonnen zo bij de pinken? Mogelijk omdat het flink stimuleren van je brein leidt tot een grotere reservevoorraad hersencellen en tot meer en vooral ook tot wijder vertakte verbindingen tussen zenuwcellen. Dankzij die ‘overcapaciteit’ zou je de slijtage aan het brein beter kunnen opvangen en zo toch goed kunnen blijven functioneren.

Hetzelfde is het geval met opleiding. Wanneer hoogopgeleide alzheimerpatiënten werden vergeleken met laagopgeleide in een vergelijkbaar stadium van de ziekte, lieten hersenscans zien dat de ziekte in de hoogopgeleide groep in feite al veel verder was gevorderd.

Hoewel deze groep dus meer schade had, presteerde ze hetzelfde als de laagopgeleide patiënten. Blijkbaar konden de hoogopgeleiden de schade beter opvangen. Het opbouwen van een sterk brein, door opleiding of intellectuele uitdaging, lijkt de merkbare gevolgen van de aftakeling dus langer buiten de deur te houden.

Ook lichamelijke inspanning is bepalend voor de conditie van onze oude ‘kersenpit’. Zo bleken fitte 55-plussers in een onderzoek over een groter hersenvolume te beschikken dan luiere leeftijdsgenoten. Voor wie zich tot de laatste categorie rekent: het is nooit te laat om te beginnen.

Passieve ouderen die drie keer per week een uur gingen wandelen, hadden na een halfjaar een grotere frontaal- en temporaalkwab. Bovendien leverde die beweging binnen een paar maanden een beter denkvermogen op. Vooral de functies van de frontaalkwab gingen daarbij vooruit, zoals het plannen en coördineren van gedrag en het werkgeheugen.

Het effect van beweging op het brein is sterker bij vrouwen dan bij mannen, mogelijk doordat oestrogenen het effect van beweging versterken. Oneerlijk, want het brein van mannen takelt toch al harder af dan dat van vrouwen.

Een positieve noot: het oude brein wordt steeds beter in het vergeten van negatieve zaken. Normaal gesproken regelt onze amygdala via de hippocampus dat we negatieve gebeurtenissen juist extra goed onthouden. Maar de amygdala van zestigplussers heeft sterkere verbindingen met de frontaalkwab (waarin de emoties worden gereguleerd) en juist minder sterke verbindingen met de hippocampus. Als gevolg daarvan bleken zestigplussers negatieve foto’s, bijvoorbeeld van geweld en verminkingen, makkelijker weer te vergeten.

Puberteit: werk in uitvoering

Tot in de jaren zeventig van de vorige eeuw werd gedacht dat de ontwikkeling van het brein na de kindertijd wel zo’n beetje af was. Sindsdien is echter steeds duidelijker geworden dat er nog flinke werkzaamheden plaatsvinden, voornamelijk in de prefrontale cortex, helemaal voor in het brein.

Allereerst heeft er vlak voor aanvang van de puberteit een tweede groeispurt plaats in het aantal synapsen, de verbindingen tussen hersencellen, gevolgd door een jarenlange snoei van ongebruikte verbindingen. Daarnaast wordt de bekabeling in de frontaalkwab tijdens de puberteit steeds beter geïsoleerd met een vettig laagje (myeline). Die isolatie, vergelijkbaar met het plastic om elektriciteitskabels, heeft tot gevolg dat boodschappen tot wel honderd keer zo snel verstuurd kunnen worden.

Het hersengebied dat nu onder handen wordt genomen, de prefrontale cortex, is verantwoordelijk voor vaardigheden als het onderdrukken van impulsen, oordelen vellen en beslissingen nemen, het tijdelijk in gedachten houden van informatie en het reguleren van emoties. Wat gebeurt er met die vaardigheden tijdens de puberperiode?

Bij aanvang van de puberteit, rond het elfde of twaalfde levensjaar, gaat de prestatie eerst achteruit. Pubers reageren bijvoorbeeld 10 tot 20 procent langzamer tijdens geheugen- en beslissingstaakjes. Die prestatiedip is het gevolg van de toename in het aantal verbindingen, waardoor het brein tijdelijk minder efficiënt werkt.

In kranten, tijdschriften en boeken was de afgelopen jaren veelvuldig te lezen dat het impulsieve en roekeloze gedrag en het ontvlambare temperament van pubers te verklaren zijn door de bouwwerkzaamheden in hun brein. Die werkzaamheden hebben echter ook voordelen: het toegenomen aantal verbindingen maakt het puberbrein bijna kinderlijk flexibel. Daardoor is deze fase van de ontwikkeling van het brein een uitgesproken periode om te leren en nieuwe ervaringen op te doen.

Vanaf een jaar of dertien nemen de prestaties van de prefrontaalkwab weer toe. Dat komt doordat steeds meer weinig gebruikte verbindingen worden gesnoeid en veelgebruikte verbindingen worden versterkt. De snoei gaat door tot we begin twintig zijn.

Volwassenheid: achteruitgang én compensatie

Het brein bereikt zijn maximale gewicht rond het twintigste levensjaar en levert zijn topprestaties, schrik niet, tussen ons 22ste en 27ste levensjaar. Daarna gaat het alleen nog bergafwaarts. In onze hersenschors legt elke seconde één hersencel het loodje, waardoor we er elk jaar ruim 31 miljoen kwijtraken.

Ter geruststelling: dat is alsof er zestien toeschouwers een vol Feyenoordstadion verlaten. Maar op termijn zet dat toch zoden aan de dijk. Tussen ons dertigste en negentigste levensjaar verliezen we zo’n 15 procent van onze hersenschors en zelfs een kwart van onze witte massa, de bekabeling tussen hersengebieden.

Die afname blijft niet zonder gevolgen. Vanaf ons 25ste gaan ons geheugen, ruimtelijk inzicht, redeneervermogen en reactiesnelheid achteruit. Hoe ernstig is dat? Op de zogeheten mini mental state examination, een 30-punts-test van reken-, taal- en motorische vaardigheden, gaan we elke tien jaar één punt achteruit. Vanaf een daling van drie tot vier punten zijn er daadwerkelijk gevolgen voor ons dagelijks functioneren; dus vanaf ons 55ste levensjaar kunnen we toch echt gaan merken dat we niet meer de oude zijn.

Mannen takelen tussen hun 20ste en 65ste sneller af dan vrouwen, zowel op gebieden waar ze van nature beter in zijn (ruimtelijk inzicht), als op taken waar ze toch al slechter in waren (onthouden waar iets ligt, verbaal functioneren). Het volume van de frontaal- en temporaalkwab en van de hippocampus, een hersengebied dat een belangrijke rol speelt bij het aanmaken van herinneringen, neemt bij hen dan ook sneller af dan bij vrouwen.

Ook bij resusapen gaat het geheugen sneller achteruit bij mannetjes; dat duidt erop dat biologische, en niet sociaal-culturele, factoren verantwoordelijk zijn voor het sekseverschil. Een van de ideeën is dat oestrogenen (‘vrouwelijke’ geslachtshormonen) het vrouwenbrein beschermen.

Vrouwen zouden vooral zelf iets kunnen doen om hun geheugen en aandacht achteruit te laten gaan: zwanger worden. In 2002 toonde Brits onderzoek aan dat een vrouwenbrein 4 procent krimpt tijdens de zwangerschap. Aan het eind van de zwangerschap is de krimp maximaal; daarna groeit het brein weer en bereikt na een half jaar zijn oude niveau. Het zou de verklaring zijn voor het ‘baby-breinsyndroom’, ook wel pregnancy induced stupidity genoemd: de vergeetachtigheid en verstrooidheid die veel vrouwen zeggen te ervaren tijdens de zwangerschap.

Maar de resultaten uit onderzoek zijn op z’n zachtst gezegd tegenstrijdig. Sommige onderzoekers zien in hun lab dat vrouwen inderdaad slechter presteren tijdens hun zwangerschap, anderen vinden geen effect, en weer anderen vinden juist een verbetering van het denken en het geheugen. Mogelijk is er dus niets aan de hand en schrijven vrouwen normale vergeetachtigheid nu toe aan hun zwangerschap of speelt slaapgebrek een rol.

Ten slotte nog goed nieuws: onze zogenaamde ‘vloeibare intelligentie’ (informatie verwerken, redeneren, onthouden) begint weliswaar al vanaf halverwege de twintig af te nemen, maar onze ‘gekristalliseerde intelligentie’ (kennis, vaardigheden en strategieën) neemt tot op hoge leeftijd toe. En daarmee blijken we in de praktijk lang onze verliezen te kunnen compenseren.