Microstructurele variatie van hippocampale substructuren tijdens de kindertijd en adolescentie gekwantificeerd met hoge-gradient diffusie-MRI

Waarom dit hersengebied belangrijk is tijdens de groei van kinderen

De hippocampus is een klein, gebogen structuur diep in de hersenen die ons helpt herinneringen te vormen, ons in ruimten te oriënteren en emoties te reguleren. De kindertijd en adolescentie zijn jaren van ingrijpende mentale ontwikkeling, maar wetenschappers weten nog verrassend weinig over hoe de fijne bedrading binnen de hippocampus in deze periode verandert. Deze studie gebruikt een krachtige vorm van MRI om onder het oppervlak te kijken en stelt niet alleen de vraag of de hippocampus groter wordt, maar ook hoe zijn interne circuits rijpen tussen 8 en 19 jaar.

Onder het oppervlak van de hersenen kijken

Veel eerder onderzoek behandelde de hippocampus als één homogeen stuk weefsel en richtte zich op de totale omvang. Die studies leverden tegenstrijdige resultaten op over of de hippocampus in de late kindertijd en adolescentie groeit, krimpt of stabiel blijft. In dit werk gingen de onderzoekers verder dan enkel volume. Ze scanden 88 gezonde kinderen en tieners met een MRI-scanner uitgerust met ultra-sterke magnetische gradiënten, waarmee het mogelijk is de kleine bewegingen van watermoleculen in hersenweefsel te volgen. Door te analyseren hoe water diffundeert, konden ze eigenschappen afleiden van de microscopische bedrading: de lange, dunne vertakkingen van zenuwcellen (neurieten), hun cellichamen (soma’s) en de ruimtes daartussen.

De hippocampale doolhof inkijken

Het team gebruikte een gespecialiseerd hulpmiddel om de hippocampus te "ontvouwen" tot een glad oppervlak, zodat ze metingen over de verschillende subregio’s en langs de voor-achteras konden in kaart brengen. Ze pasten meerdere geavanceerde diffusie-modellen toe, waaronder een model genaamd SANDI, dat inschat welk deel van het MRI-signaal afkomstig is van neurieten, van soma’s en van de omringende vloeistofgevulde ruimte. Parallel daaraan maten ze meer gebruikelijke diffusiemarkeringen zoals mean diffusivity, die vastlegt hoe vrij water beweegt. Deze combinatie stelde hen in staat te testen of leeftijdsgerelateerde veranderingen zich vooral tonen in grove vormkenmerken (dikte, plooien en volume) of in de onderliggende microstructuur.

Verborgen groei zonder zichtbare uitbreiding

Ondanks de leeftijdsrange van late kindertijd tot late adolescentie veranderden de totale grootte, dikte en oppervlakkige plooivorm van hippocampale subregio’s nauwelijks. In contrast daarmee verschoof de microstructurele signalering sterk met de leeftijd. In bijna alle subvelden en langs het grootste deel van de lange as nam het fractie van het signaal dat aan neurieten werd toegeschreven toe, terwijl het deel gekoppeld aan extracellulaire ruimte en de gemiddelde schijnbare soma-radius afnamen. Watervoorverspreiding werd beperkter, wat consistent is met een dichter en complexer intern netwerk van vertakkingen. Deze trends suggereren dat zelfs wanneer de hippocampus niet meer naar buiten groeit, er binnenin nog steeds remodellering plaatsvindt, met dichter opeengepakte neurale processen en mogelijk meer myeline en synapsen.

Verschillen langs de structuur en tussen de seksen

De studie vond ook dat niet alle delen van de hippocampus op dezelfde manier rijpen. Sommige microstructurele veranderingen verschilden sterker tussen de klassieke subvelden, terwijl andere duidelijker langs de voor-achter (anterieur–posterieur) as verliepen. Oriëntatieanalyses toonden dat de voorkeursrichting van waterdiffusie met de leeftijd verschoof in specifieke regio’s, wat wijst op reorganisatie van interne paden. Bij vergelijking van jongens en meisjes zagen de onderzoekers verschillende leeftijdsgerelateerde trends voor meerdere metingen: over het algemeen lieten mannelijke deelnemers opvallender toenames zien in bepaalde structurele kenmerken, terwijl veranderingen bij vrouwelijke deelnemers eerder optraden en daarna afvlakten. Deze verschillen kunnen de invloed van puberteit en geslachtshormonen op hersenontwikkeling weerspiegelen.

Het koppelen van MRI-signalen aan echte cellen

Om te interpreteren wat deze MRI-gebaseerde veranderingen biologisch zouden kunnen betekenen, vergeleken de auteurs hun leeftijdsgerelateerde kaarten met hoge-resolutiegegevens van volwassen menselijk hersenweefsel, inclusief kleuringen voor myeline, zenuwvezels, verschillende typen remmende neuronen en een merker van synapsdichtheid gemeten met PET-imaging. Regio’s waar het neuriet-gerelateerde signaal het meest met de leeftijd toenam, bleken gebieden te zijn die bij volwassenen meer myeline en meer synapsen bevatten. Omgekeerd waren plaatsen waar water vrijer kon diffunderen geassocieerd met een lagere myelineinhoud. Deze patronen ondersteunen het idee dat de diffusieveranderingen bij kinderen en adolescenten echte, blijvende verfijningen in bedrading, isolatie en connectiviteit volgen.

Wat dit betekent voor groeiende geesten

Voor leken is de kernboodschap dat de hippocampus tijdens de late kindertijd en adolescentie niet simpelweg groter wordt; hij wordt complexer. Zelfs terwijl de buitenste vorm grotendeels stabiel blijft, wordt het interne bos van vertakkingen dichter en verfijnder, vooral op manieren die samenhangen met myeline en synapsen. Deze microstructurele veranderingen ondersteunen waarschijnlijk de geleidelijke verbetering van geheugen, denken en emotionele regulatie die de overgang van kind naar volwassene kenmerkt. Inzicht in deze verborgen remodellering kan uiteindelijk wetenschappers helpen te herkennen wanneer de ontwikkeling ontspoort en kan wijzen op mogelijkheden voor vroegere interventies bij leer- en mentale gezondheidsproblemen waarbij de hippocampus betrokken is.

Bronvermelding: Karat, B.G., Genc, S., Raven, E.P. et al. Microstructural variation of hippocampal substructures across childhood and adolescence quantified with high-gradient diffusion MRI. Commun Biol 9, 416 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09622-x

Trefwoorden: ontwikkeling van de hippocampus, adolescentenbrein, diffusie-MRI, hersenmicrostructuur, geheugen en cognitie