Invloed van Stress op de Consolidatie van Motorische Herinneringen: een Multimodaal Hersenonderzoek

Het consolideren van motorische vaardigheden is net zo essentieel als het aanleren. Geheugenconsolidatie is het proces waarbij nieuwe herinneringen opgeslagen of vastgelegd worden in de structuur van het brein. Dit proces vormt de basis voor ons lange-termijn geheugen en de ruime set aan motorische vaardigheden die wij beheersen. De consolidatie van motorische vaardigheden, en in het bijzonder sequentiële bewegingen, wordt ondersteund door een uitgebreid netwerk van hersengebieden. Het is echter tot op heden niet bekend of en hoe deze neurale processen gemoduleerd kunnen worden, en of deze modulatie vervolgens geheugenprestaties zal beïnvloeden.  In dit project onderzochten we het effect van stress, experimenteel geïnduceerd, op het verwerven en consolideren van sequentiële motorische bewegingen in gezonde jonge vrijwilligers.

Dit onderzoek is gebaseerd op twee kernbevindingen. Ten eerste, evidentie dat naast het striatum ook de hippocampus een belangrijke rol speelt in motorisch leren en geheugen. Meer bepaald toont onderzoek aan dat het rekruteren van de hippocampus tijdens het verwerven van bewegingssequenties een voorwaarde is voor een ‘optimale’ consolidatie tijdens de slaap. Het doel van dit onderzoek was daarom om het consolidatie proces te beïnvloeden via het moduleren van de activiteit in de hippocampus tijdens het initiële leren. De tweede kernbevinding betreft de observatie dat stress de rekrutering van de hippocampus verhindert, en meer specifiek de balans tussen de hippocampus en het striatum verstoort ten koste van de hippocampus. In dit onderzoek werden deelnemers onderworpen aan een (niet-stresserende) controle of stress-inducerende interventie (i.e., ‘Socially Evaluated Cold Pressor Test’, SECPT) voor het aanleren van de bewegingssequentie. Onze hypothese was dat stress voor de start van de leer episode de balans tussen de hippocampus en het striatum zou verstoren tijdens het leren en vervolgens ook het consolidatie proces zou hinderen.

Als een model voor motorisch leren werd een sequentie taak gebruikt waarbij deelnemers een bimanuele sequentie van vingerbewegingen herhaaldelijk dienden uit te voeren. De taak werd steeds een eerste keer geoefend tijdens de training en een tweede keer tijdens een retentie test die plaatsvond na een slaap episode. In de eerste studie van dit proefschrift werden de gedragsmatige effecten van stress op de aanleerfase (training) en retentie onderzocht. In de tweede studie onderzochten we de effecten van stress op de neurale correlaten van het leerproces.

Op gedragsniveau vonden we geen verschillen tussen de groepen tijdens de aanleerfase noch tijdens de retentietest (Studie 1/Hoofdstuk 2 & Studie 2). Het effect van stress op de neurale correlaten van het leerproces werd onderzocht aan de hand van functionele beeldvorming (fMRI) tijdens de training en retentietest (Studie 2/Hoofdstuk 3). In de stress groep werd hogere activatie in sensorische en motorische gebieden gevonden tijdens de training ten aanzien van de controle groep. Daarnaast resulteerde stress in een graduele daling van activiteit in de hippocampus en een progressieve ontkoppeling tussen de hippocampus en sensori-motorische regio's tijdens de training. Deze veranderingen waren gecorreleerd met betere prestaties tijdens de training maar geassocieerd met verslechtering over het consolidatie interval (i.e. training – retentie). De resultaten in Hoofdstuk 3 zijn het eerste experimentele bewijs dat stress een invloed heeft op de hersenactiviteit in gebieden die betrokken zijn bij de consolidatie van het motorisch geheugen. Op het neuro-chemisch niveau (onderzocht via MR spectroscopie), toonden we aan dat een grotere daling in hippocampale activiteit tijdens de training in de stress groep gelinkt was aan hogere GABA concentraties in het striatum onmiddellijk na de training (Studie 2/Hoofdstuk 4). Daarnaast was GABA predictief voor veranderingen in hippocampale activiteit over het consolidatie interval in de stress maar niet in de controle groep. De resultaten van Hoofdstuk 4 leveren het eerste bewijs dat stress de relatie tussen GABA in het striatum en hippocampale activiteit beïnvloedt tijdens motorisch sequentie leren.

De resultaten in dit proefschrift tonen aan dat stress motorisch sequentie leren niet beïnvloedt op het groepsniveau. Onze uitgebreid multimodaal hersenonderzoek toonde echter aan dat stress niet alleen de activiteit en connectiviteit in taak gerelateerde gebieden moduleert tijdens de aanleerfase, maar ook de relatie tussen deze neurale correlaten en de consolidatie.