Het eenzame brein

Het onderzoek naar eenzaamheid van neurowetenschapper Kay Tye kan ons helpen de psychologische gevolgen van sociaal isolement beter te begrijpen. Want eenzaamheid wordt in verband gebracht met depressie, angst, alcoholisme en drugsgebruik. Ook belemmert eenzaamheid het immuunsysteem en kan het leiden tot kanker, hartkwalen en alzheimer. Maar hoe ziet dat eenzame brein eruit?

Lang voordat de wereld ooit van covid-19 had gehoord, ging Kay Tye op zoek naar een antwoord op de vraag die in het tijdperk van sociale afstand een nieuwe weerklank heeft gekregen: wanneer mensen zich eenzaam voelen, snakken ze dan op dezelfde manier naar sociale interactie als iemand die honger heeft snakt naar eten?

Hebben zij en haar collega’s deze ‘honger’ in de neurale circuits van de hersenen kunnen ontdekken en meten? ‘Eenzaamheid is iets universeels,’ zegt Tye, neurowetenschapper bij het Salk Institute of Biological Sciences in San Diego, Californië. ‘Het lijkt redelijk om te betogen dat eenzaamheid een neurowetenschappelijk begrip zou moeten zijn. Alleen heeft niemand ooit een manier gevonden om het fenomeen te testen en in specifieke cellen te lokaliseren. Dat proberen we nu te doen.’

De afgelopen jaren is er een stortvloed van wetenschappelijke boeken verschenen waarin eenzaamheid in verband wordt gebracht met depressie, angst, alcoholisme en drugsgebruik. Er zijn zelfs steeds meer epidemiologische publicaties die aantonen dat je door eenzaamheid meer kans maakt ziek te worden: er lijkt een chronische toevloed van hormonen door ontketend te worden die een goede werking van het immuunsysteem belemmert. Biochemische veranderingen als gevolg van eenzaamheid kunnen de uitzaaiing van kanker versnellen en hartkwalen en alzheimer bespoedigen, of uiterst vitale mensen de wil ontnemen om verder te leven. Het opsporen en meten van eenzaamheid zou kunnen helpen
om risicogevallen te identificeren en nieuwe interventiemethoden te ontwikkelen.

De komende maanden, zo waarschuwen velen, zullen we wereldwijd de gevolgen zien van covid-19 voor de geestelijke gezondheid. ‘Het zal niet lang meer duren voordat iedereen beseft wat de impact van sociale isolatie is op de rest van de geestelijke gezondheid,’ zegt Tye. ‘Ik denk dat die behoorlijk heftig is en snel optreedt.’

Moeilijk te identificeren

Maar het identificeren en zelfs definiëren van eenzaamheid is een moeilijk karwei. Zo moeilijk zelfs dat neurowetenschappers het onderwerp lange tijd hebben gemeden. Eenzaamheid, zegt Tye, is inherent subjectief. Een hedendaags voorbeeld: je kunt deelnemen aan een Zoom-gesprek met geliefden in een andere stad en je sterk verbonden voelen, of nog eenzamer dan vóór het gesprek. Deze ambiguïteit zou de merkwaardige resultaten kunnen verklaren die aan het licht kwamen toen Tye, voordat ze in 2016 haar eerste wetenschappelijke verhandeling over de neurowetenschappelijke kant van eenzaamheid publiceerde, onderzoek deed naar andere publicaties over het onderwerp. Hoewel ze in de psychologische literatuur studies over eenzaamheid aantrof, was er geen enkele publicatie waarin ook de woorden ‘cellen’, ‘neuronen’ en ‘hersenen’ voorkwamen.

Hoewel de grootste geesten op het gebied van filosofie, literatuur en beeldende kunst zich al millennia over het hoe en waarom van eenzaamheid buigen, gaan neurowetenschappers er sinds lange tijd van uit dat vragen over de manier waarop het menselijk brein ermee omgaat niet in hun datagedreven labs beantwoord kunnen worden. Tye hoopt daar verandering in te brengen door een geheel nieuw terrein te ontwikkelen, gericht op het analyseren en begrijpen van de manier waarop onze zintuiglijke waarnemingen, eerdere ervaringen, genetische predisposities en levenssituaties samenwerken met onze omgeving om een concrete, meetbare toestand te creëren die we eenzaamheid noemen. En ze wil ontdekken hoe die schijnbaar ondefinieerbare ervaring eruitziet wanneer ze geactiveerd wordt in de hersenen.

Als Tye daarin slaagt, zouden er nieuwe instrumenten kunnen worden ontwikkeld om mensen te identificeren en te volgen die het risico lopen op ziekten die door eenzaamheid worden verergerd. Ook zou het betere manieren kunnen opleveren om een mogelijke openbare gezondheidscrisis als gevolg van covid-19 aan te pakken.

Tye heeft zich geconcentreerd op specifieke neuronenpopulaties in de hersenen van knaagdieren die met een meetbare behoefte aan sociale interactie lijken te worden geassocieerd, een honger die kan worden gemanipuleerd door die neuronen zelf rechtstreeks te stimuleren.

Wetenschappers wisten al lange tijd dat het stimuleren van de amygdala een dier kan doen ineenkrimpen van angst. Maar door het labyrint van verbindingen te volgen dat de verschillende delen van de amygdala in en uit loopt, was Tye in staat aan te tonen dat het ‘angstcircuit’ van de hersenen zintuiglijke stimuli op een veel genuanceerdere manier kan beïnvloeden dan voorheen werd aangenomen. Zelfs moed leek door het circuit te worden gemoduleerd.

Tegen de tijd dat Tye in 2012 haar lab had ingericht op het Massachusetts Institute of Technology (MIT), volgde ze de neurale verbindingen van de amygdala met plekken als de prefrontale cortex, die de hersenen aanstuurt, en de hippocampus, de zetel van het episodisch geheugen. Het doel was de circuits in de hersenen in kaart te brengen waarop we vertrouwen om de wereld beter te kunnen begrijpen, onze moment-tot-momentervaring te duiden en op verschillende situaties te reageren.

Onverwachte ontdekking

Dat ze eenzaamheid begon te bestuderen, berustte grotendeels op toeval. Bij het zoeken naar nieuwe postdocs stuitte Tye op het werk van Gillian Matthews, die als promovenda aan het Imperial College London een onverwachte ontdekking had gedaan, toen ze de muizen die ze bij haar experiment gebruikte van elkaar scheidde. Sociale isolatie, het pure feit alleen te zijn, leek de hersencellen die DRN-neuronen worden genoemd zodanig te hebben veranderd dat ze wellicht tot eenzaamheid leidden. Tye zag onmiddellijk de mogelijkheden. Ze herinnert zich nog hoe ongelooflijk ze deze ontdekking vond. Dat de tekenen van sociale isolatie naar een specifiek deel van de hersenen konden worden herleid, vond ze volstrekt logisch. ‘Maar waar zitten die tekenen en hoe zou je ze kunnen vinden? Als dit het specifieke deel was, dacht ik, dan zou dat superinteressant zijn.’ Bij al haar neuronenonderzoek, zegt Tye, ‘ben ik nooit eerder iets over sociale isolatie tegengekomen. Nooit.’

Het opsporen en meten van eenzaamheid zou kunnen helpen om risicogevallen te identificeren

Tye realiseerde zich dat als zij en Matthews een kaart van een eenzaamheidscircuit zouden kunnen maken, ze in het lab precies het soort vragen zouden kunnen beantwoorden die ze hoopte te onderzoeken: hoe veroorzaken de hersenen onbedoeld sociale isolatie? Hoe en wanneer verandert de objectieve ervaring van het niet samen met anderen zijn in de subjectieve ervaring van eenzaamheid?

De eerste stap was het doorgronden van de rol die de DRN-neuronen spelen bij deze geestesgesteldheid. Een van de eerste dingen die Tye en Matthews opmerkten, was dat wanneer ze deze neuronen stimuleerden, de dieren eerder sociale interactie met andere muizen zochten. Bij een later experiment toonden ze aan dat dieren, wanneer ze de keus hadden, doelbewust delen van hun kooi meden die bij hun binnenkomst de neuronen activeerden. Dit deed vermoeden dat hun zoeken naar sociale interactie eerder werd gemotiveerd door een verlangen om pijn te vermijden dan om plezier te genereren.

Bij een vervolgexperiment plaatsten de onderzoekers enkele muizen 24 uur lang in eenzame opsluiting om ze vervolgens weer in sociale groepen te introduceren. Zoals te verwachten viel, besteedden de dieren toen ongewoon veel tijd aan interactie met andere dieren, alsof ze ‘eenzaam’ waren geweest. Daarna isoleerden Tye en Mattthews dezelfde muizen opnieuw, ditmaal met gebruikmaking van optogenetics om de DRN-neuronen uit te schakelen na de periode van afzondering. Nu taalden de dieren niet meer naar sociaal contact. Het was alsof de sociale isolatie niet tot hun hersenen was doorgedrongen.

Tye en Matthews leken het equivalent te hebben gevonden van een homeostatische regulator voor de basale behoefte van knaagdieren aan sociale contacten. Volgende vraag: wat betekenen deze bevindingen voor mensen?

Om die vraag te beantwoorden werkt Tye samen met onderzoekers in het lab van Rebecca Saxe, hoogleraar cognitieve neurowetenschap van MIT en gespecialiseerd in menselijke sociale cognitie en emotie.

‘Behoefte aan sociaal contact en behoefte aan eten lijken op een sterk overeenkomstige manier tot uiting te komen’

Sociale signalen

De experimenten met mensen zijn veel moeilijker te ontwikkelen, omdat de voor optogenetics vereiste hersenoperaties geen optie zijn. Wel is het mogelijk eenzame mensen met beelden van vriendelijke mensen te confronteren die sociale signalen uitzenden, zoals een glimlach, en dan met behulp van een fMRI-scan de verandering in de bloedstroom naar diverse delen van de hersenen te volgen en vast te leggen. En dankzij eerdere experimenten hebben wetenschappers een goed idee van de plek waar ze in de hersenen moeten zoeken, namelijk een gebied dat analoog is aan datgene wat Matthews en Tye bij muizen hebben bestudeerd.

Vorig jaar heeft Livia Tomova, een postdoc die het onderzoek in het lab van Saxe leidt, veertig vrijwilligers geronseld die volgens eigen zeggen een groot sociaal netwerk hadden en een zeer laag eenzaamheidsniveau. Tomova verbande haar proefpersonen naar een kamer in het lab en verbood tien uur lang iedere vorm van menselijk contact. Ter vergelijking nodigde Tomova dezelfde deelnemers opnieuw uit voor een tien uur durende sessie waar volop sociale interactie was, maar geen eten.

Aan het eind van beide sessies kregen de proefpersonen het verzoek in een fMRI-scanner te klimmen en werden ze met verschillende beelden geconfronteerd, sommige van mensen die non-verbale sociale signalen uitzonden, andere waarop eten was te zien.

Anders dan Tye en Matthews was Tomova niet in staat zich op individuele neuronen te richten. Wel kon ze veranderingen in de bloedstroom
volgen binnen grotere delen van de scan, de zogeheten voxels; elke voxel toonde de veranderende activiteit van afzonderlijke populaties van enkele duizenden neuronen. Tomova concentreerde zich op de middenhersenen waarvan bekend is dat ze rijk aan neuronen zijn die worden geassocieerd met het produceren en verwerken van de neurotransmitter dopamine. Bij andere experimenten is al aangetoond dat deze gebieden verband houden met het ‘verlangen’ of ‘snakken’ naar iets. Het zijn gebieden die oplichten bij beelden van eten wanneer iemand honger heeft, of bij drugsgerelateerde afbeeldingen in het geval van mensen met een verslaving. Zouden ze hetzelfde doen bij eenzame mensen die afbeeldingen van een glimlach te zien krijgen?

Het antwoord was duidelijk: na de sociale isolatie toonden de hersenen van de proefpersonen veel meer activiteit in het middenhersengebied wanneer ze de beelden van sociale signalen te zien kregen. Wanneer de proefpersonen honger hadden maar niet sociaal geïsoleerd waren geweest, reageerden ze even sterk op de etenssignalen, maar niet op de sociale. ‘Of het nu behoefte aan sociaal contact is of behoefte aan andere dingen zoals eten, ze lijken op een sterk overeenkomstige manier tot uiting te komen,’ zegt Tomova.

Inzicht in de manier waarop de behoefte aan sociaal contact in de hersenen tot stand komt zou meer inzicht kunnen verschaffen in de rol die sociale isolatie bij sommige ziekten speelt. Het objectief meten van eenzaamheid in de hersenen, in tegenstelling tot het vragen aan mensen hoe ze zich voelen, zou bijvoorbeeld het verband tussen depressiviteit en eenzaamheid kunnen verduidelijken. Het is de kip of het ei: veroorzaakt depressiviteit eenzaamheid, of veroorzaakt eenzaamheid depressiviteit? En zou tijdige sociale interventie depressiviteit kunnen helpen bestrijden?

Verslaving

Inzicht in het eenzaamheidscircuit in de hersenen zou ook enig licht kunnen werpen op verslaving, waar geïsoleerde dieren volgens bepaald onderzoek vatbaarder voor zijn. Daarvoor lijkt vooral sterk bewijs te bestaan bij adolescente dieren, die gevoeliger lijken te zijn voor de effecten van sociale isolatie dan oudere of jongere soortgenoten. Bij mensen zullen vooral jongeren tussen de 16 en 24 waarschijnlijk zeggen dat ze zich eenzaam voelen, en dat is ook de leeftijd waarop zich veel storingen op het gebied van de geestelijke gezondheid beginnen te manifesteren. Is er een verband?

Maar waar momenteel misschien wel de grootste behoefte aan is, is een reactie op de sociale afstand waartoe de covid-19-pandemie noopt. Volgens sommige onlineonderzoeken is er geen algehele toename van eenzaamheid sinds het begin van de pandemie, maar hoe zit het met mensen voor wie de kans op geestelijke gezondheidsproblemen het grootst is? Op welk moment komt hun psychologische en fysieke welzijn in gevaar wanneer ze worden geïsoleerd? Als we eenzaamheid eenmaal kunnen meten, zal het veel makkelijker worden om doelgerichte interventies te ontwikkelen.

‘Een belangrijke vraag voor toekomstig onderzoek is hoeveel en wat voor soorten positieve interactie volstaan om in de basisbehoefte te voorzien en daarmee de neurale verlangensrespons te elimineren,’ schreven Tomova en Tye eind maart in een voor-publicatie van hun komende verhandeling. De pandemie ‘benadrukt het belang van een beter begrip van menselijke sociale behoeften en het neurale mechanisme dat aan sociale motivatie ten grondslag ligt. Deze studie zet een eerste stap in die richting.’

Dat is, in de bedekte termen die typerend zijn voor wetenschappelijke taal, de aankondiging van de geboorte van een heel nieuw onderzoeksterrein, waarvan je maar zelden getuige bent, laat staan dat je eraan deelneemt.

‘Het is voor mij zo opwindend, omdat dit allemaal begrippen zijn waarover we in de psychologie al een miljoen keer hebben horen spreken; en nu hebben we voor het eerst echt cellen in de hersenen die we aan het systeem kunnen linken,’ zegt Tye. ‘En als je eenmaal één cel hebt, kun je terugzoeken en vooruitzoeken; je kunt kijken wat er stroomopwaarts is, je kunt kijken wat alle neuronen die zich stroomopwaarts bevinden doen, en wat voor boodschappers er worden gestuurd. Nu kun je het hele circuit ontdekken, je weet waar je moet beginnen.’