Forfattere
Nethinden er det tynde lag bagerst i øjeæblet, hvor synet begynder, og den betragtes faktisk som en del af hjernen. På trods af sin lille størrelse bærer nervecellerne i nethinden komplekse informationer om de farver, kanter og bevægelser, vi ser. Nethinden er lettere at studere end andre hjerneområder, så ikke alene kan nethindeforskning hjælpe os med at forstå synet, den kan endda lære os, hvordan andre hjerneområder fungerer. Hjernen er tilpasningsdygtig – den kan ændre sin aktivitet, når der sker ændringer i miljøet, men man troede, at aktiviteten i nethindens celler var fast og stabil, selv når der sker ændringer i dyrets visuelle miljø. I vores forskning opdagede vi, at nethinden også kan ændre sin aktivitet. Derfor kan nethindeforskning lære os om andre hjerneområder, herunder hvordan de tilpasser sig ændringer i miljøet.
Hjernen er det sted, hvor information om alt, hvad vi føler, tænker og gør, bliver bearbejdet. I tusindvis af år har forskere og filosoffer forsøgt at forstå, hvordan hjernen fungerer, og hvordan vores sanser giver os mulighed for at forstå verden omkring os. I dag ved vi, at hjernen fungerer ved hjælp af nerveceller, kaldet neuroner, som sender beskeder i form af elektriske signaler. Det sted, hvor to neuroner forbinder sig med hinanden for at sende og modtage beskeder, kaldes en synapse. I laboratoriet kan vi se forskellige områder af hjernen og endda måle deres elektriske aktivitet, men vi forstår stadig ikke helt, hvordan neuronernes aktivitet repræsenterer verden omkring os. Hvordan kan hjernen for eksempel se retningen og hastigheden på en bil i bevægelse? Hvordan skelner den mellem bogstaverne A og B?
En af grundene til, at det er svært for forskere at forstå hjerneaktivitet, er, at hjernen har et enormt antal neuroner. Hver neuron kan sende og modtage elektriske signaler til og fra tusindvis af andre neuroner, hvilket gør det ekstremt komplekst at forstå neuronernes aktivitet. Af denne grund fokuserer forskere nogle gange på små grupper af neuroner, kaldet neurale netværk. Ved at lære, hvordan neurale netværk fungerer, kan forskere forstå mere om hele hjernen.
I vores laboratorium studerer vi synet – vi spørger, hvordan hjernen reagerer på de ting, vi ser omkring os. Vi forsker i nethinden, som er det “første stop” i synet. Nethinden, et tyndt lag af neuroner på bagsiden af øjeæblet, er faktisk en del af hjernen (figur 1A).
Hvilke slags celler består nethinden af, og hvordan arbejder de sammen for at muliggøre synet? Det første lag af nethinden indeholder lysfølsomme celler kaldet fotoreceptorer (figur 1B). Når en lysstråle rammer fotoreceptorerne, forårsager en sekvens af biokemiske reaktioner en elektrisk reaktion. Fotoreceptorerne omdanner således lyset til elektriske signaler. De elektriske signaler sendes derefter videre til det andet nethindelag, der består af interneuroner og derfra til det sidste lag, hvor ganglioncellerne er placeret. Ganglioncellerne sender lange udløbere kaldet axoner dybt ind i hjernen. Disse axoner bærer elektriske beskeder til de dele af hjernen, der behandler visuelle signaler – og fortæller dem om, hvad øjet ser.
Der findes flere typer ganglieceller, hver med deres egen funktion [1]. For eksempel er der ganglionceller, der reagerer på lysindfald (kaldet On ganglionceller), nogle, der reagerer på lysudfald (kaldet Off ganglionceller), og endda nogle, der reagerer på bevægelse i en bestemt retning (kaldet den foretrukne retning, figur 1C). Celler af denne sidste type kaldes retningsselektive ganglionceller. For eksempel er der retningsselektive ganglionceller, som kun reagerer, når vi ser noget bevæge sig mod højre. Disse celler sender elektriske signaler til hjernen som reaktion på en bil, der passerer foran os fra venstre mod højre (figur 1C), eller hvis vi ser en tenniskamp, og bolden kommer fra vores venstre side mod vores højre. Men hvis bilen vender om og kører mod venstre, eller hvis tennisspilleren slår bolden tilbage til spilleren på vores venstre side, vil de samme celler ikke reagere. I stedet er der andre ganglionceller, der reagerer på bevægelser mod venstre, og andre igen, der reagerer på op- og nedadgående bevægelser.
Hvordan kan ganglieceller agere på så forskellige og specifikke måder? Svaret ligger i de interneuroner, der videresender elektriske signaler fra fotoreceptorerne til gangliecellerne. Der findes mere end 60 forskellige typer af interneuroner, og en ganglioncelles respons afhænger af, hvilken type interneuron der er forbundet til den. Forbindelsen mellem interneuronen og ganglioncellen – såsom dens placering, styrke og så videre – bestemmer ganglioncellens respons.
Hvordan ved de retningsselektive ganglionceller for eksempel, hvilken retning de skal reagere på? Undersøgelser har vist, at en type interneuron kaldet en starburst amacrine cell hjælper ganglioncellen med at gøre dette. Starburst amacrine celler er kun forbundet til retningsselektive ganglionceller på den ene side. For eksempel vil en ganglioncelle, der modtager forbindelser fra en starburst amakrin celle på højre side, reagere på bevægelse mod højre (figur 2).
Denne ensidige forbindelse gør det muligt for retningsselektive ganglieceller at reagere, når bevægelsen er i én retning, men ikke når bevægelsen er i den anden retning. Det er sådan, retinale ganglieceller sender komplekse informationer til hjernen om, hvad øjet ser.
Nethinden består af neuroner, der er forbundet med synapser – præcis som de celler, der udgør resten af hjernen. Som vi nævnte tidligere, har de fleste hjerneområder komplekse forbindelser mellem neuroner, som er svære at studere. Nethinden har også et væld af præcise forbindelser mellem forskellige celletyper, men dens organiserede, lagdelte struktur hjælper forskerne med at forstå disse forbindelser, og hvordan de former retinale neuroners reaktioner på visuelle stimuli. Derfor er nethinden lettere at forske i og forstå sammenlignet med resten af hjernen. Kan vi bruge nethinden til at hjælpe os med at forstå andre dele af hjernen på trods af nethindens relative enkelhed?
Lad os tage visuel cortex som et eksempel. Den visuelle cortex er en del af hjernebarken (figur 1A), som er det yderste lag af storhjernen – den største del af hjernen, hvor den mest komplekse bearbejdning finder sted. Kompleks bearbejdning kan forekomme på grund af cortex’ enorme antal neuroner, som forbinder sig med hinanden på indviklede og komplicerede måder, og som kan udvise forskellige typer af respons. Nogle af disse neuroner ligner cellerne i nethinden. For eksempel er der både i nethinden og i synsbarken celler, der reagerer på lysets begyndelse eller ophør, samt retningsselektive celler.
I mange år troede forskerne, at den visuelle cortex var meget forskellig fra nethinden, fordi cellerne i den visuelle cortex kan tilpasse sig og ændre deres respons alt efter, hvad dyret har set før. For eksempel har en retningsselektiv celle i synsbarken en bestemt foretrukken retning, men hvis den præsenteres for gentagen bevægelig stimulation (såsom hvide og sorte striber i bevægelse – se eksemplet i figur 3A), kan dens foretrukne retning ændres en smule og reorienteres. Man troede, at i modsætning til cortex kunne retningsselektive nethindeceller ikke ændre deres foretrukne retning. Det skyldes, at responser i nethinden menes at afhænge af forbindelserne mellem retningsselektive nethindeceller og starburst amakrinceller. Så det var meget overraskende at opdage, at celler i nethinden kan ændre deres respons [2].
I vores forskning udsatte vi nethinden for en gentagen visuel stimulering (figur 3A) i flere minutter. Efter et stykke tid stoppede On interneuroner med at reagere på lysets begyndelse og begyndte at reagere på lysets forskydning, ligesom Off interneuroner (Figur 3A) [3].
Til vores overraskelse fandt vi også, at når retningsselektive ganglionceller blev udsat for en gentagen stimulus i flere minutter, kunne disse celler ændre deres foretrukne retning (figur 3B) [4].
Vi fandt ud af, at cellerne i nethinden, ligesom cellerne i hjernebarken, kan ændre den måde, de reagerer på ting, der ses. Da vi havde fundet disse ændringer, spurgte vi: Hvad gør cellerne i nethinden i stand til at ændre deres reaktioner så dramatisk? Vi brugte sofistikerede teknikker, der gør det muligt for os at afsløre input til stjerneformede amakrinceller og retningsselektive ganglieceller. Vi fandt ud af, at små forskelle i timingen af input til de retningsselektive ganglionceller kan forårsage dramatiske ændringer i deres samlede respons og vende deres retningspræference [5]. Hjernebarken er kompliceret og svær at studere, så at lære om cellerne i nethinden kan hjælpe os med at forstå, hvordan cellerne i hjernebarken fungerer. Det, vi har opdaget, kan hjælpe os med at forstå neurale mekanismer i andre områder af hjernen og kan føre til svaret på et centralt spørgsmål i hjerneforskningen: “Hvad sker der i vores hjerner, når vi lærer og forandrer os?”
Synapse: Forbindelsesstedet mellem to neuroner, hvor overførslen af elektriske signaler finder sted.
Retina: Det tynde, gennemsigtige lag af lysfølsomme nerveceller på den bageste, indre del af øjeæblet. Nethinden omdanner lys til elektriske signaler, der sendes til synsbarken.
Fotoreceptorer: En særlig type neuronale celler, der kan omdanne lys til elektriske signaler.
Interneuroner: Neuroner, der overfører information mellem celler inden for det samme neurale netværk, f.eks. nethinden.
Ganglieceller: De celler i nethinden, der sender elektriske signaler om, hvad der ses, fra nethinden til hjernen.
Retningsselektive ganglieceller: En type ganglieceller i nethinden, der kun reagerer, når der er bevægelse i en bestemt retning i synsfeltet.
Amakrine celler med stjerneudbrud: Retinale interneuroner, der betragtes som nøglespillere i kodning af retningsselektivitet ved asymmetrisk at forbinde til retningsselektive ganglionceller på den ene side.
Visuel cortex: En del af hjernebarken (det yderste lag af pattedyrs hjerne), der behandler visuel information.
[1] Baden. T., Berens, P., Franke, K., Román Rosón, M., Bethge, M. og Euler, T. 2016. Den funktionelle mangfoldighed af retinale ganglieceller i musen. Nature 529:345-50. doi: 10.1038/nature16468
[2] Rivlin-Etzion, M., Grimes, W. N., og Rieke, F. 2018. Fleksibel neural hardware understøtter dynamiske beregninger i nethinden. Trends Neurosci. 41:224-37. doi: 10.1016/j.tins.2018.01.009
[3] Vlasits, A. L., Bos, R., Morrie, R. D., Fortuny, C., Flannery, J. G., Feller, M. B., et al. 2014. Visuel stimulering skifter polariteten af excitatorisk input til starburst amacrine celler. Neuron 83, 1172-84. doi: 10.1016/j.neuron.2014.07.037
[4] Rivlin-Etzion, M., Wei, W., og Feller, M. B. 2012. Visuel stimulering vender retningspræferencen for retningsselektive retinale ganglionceller. Neuron 76:518-25. doi: 10.1016/j.neuron.2012.08.041
[5] Ankri, L., Ezra-Tsur, E., Maimon, S. R., Kaushansky, N., og Rivlin-Etzion, M. 2020. Antagonistiske center-surround-mekanismer for retningsselektivitet i nethinden. Cell Rep. 31:107608. doi: 10.1016/j.celrep.2020.107608
Du ser bolden flyve mod dig, kun en halv meter væk. Du sprinter for at gribe den, mens du pumper dine ben så hårdt, du kan. Du griber bolden og holder fast i den med fingrene. Så hører du pludselig din mors stemme kalde på dig. Det går op for dig, at det er tid til aftensmad, så du skynder dig hjem igen. Hvordan kan alt dette ske? Du ved selvfølgelig, at din hjerne styrer din krop, men hvordan ved den, hvad dine øjne ser, eller hvordan får den dine ben til at løbe? Din hjerne består af milliarder af celler, der kaldes neuroner. Dine neuroner bærer information i form af elektriske impulser. Neuronerne kommunikerer med hinanden og resten af din krop ved særlige mødepunkter, der kaldes synapser.
…
Vores hjerner er som utroligt komplekse puslespil med milliarder af brikker, der har vokset og udviklet sig, siden før vi blev født. Men vidste du, at små, hårlignende strukturer på vores celler kaldet primære cilier spiller en stor rolle i denne proces? Primære cilier fungerer som antenner, der hjælper vores hjerneceller med at kommunikere, rejse og endda opbygge forbindelser ved at styre samlingen af dette store puslespil. Men når de primære fimrehår ikke kan dannes ordentligt eller ikke kan fungere problemfrit, kan det påvirke udviklingen af mange organer, herunder hjernen. Forskere har fundet ud af, at kortere eller færre primære cilier er forbundet med tilstande, der kan påvirke hjernens udvikling, herunder en gruppe lidelser, der kaldes ciliopatier. Ved at forstå betydningen af primære cilier kan vi finde ud af mere om hjernens udvikling og den rolle, cilier spiller i samlingen af dette store puslespil.
…
Som mennesker kan vi bruge ord som “sulten” og “mæt” til at kommunikere, hvornår vi har brug for at spise i løbet af dagen. Men mus, som ofte bruges til at studere spiseadfærd i laboratoriet, kan ikke fortælle os, hvad de føler. Vi trænede mus til at fortælle os, om de var sultne eller mætte. Derefter tændte og slukkede vi for bestemte celler i et hjerneområde kaldet hypothalamus for at se, om disse specifikke celletyper kunne få en mus til at føle sig sulten eller mæt. Vores forskning viste, at når vi tændte for bestemte hjerneceller i et område kaldet hypothalamus’ bueformede kerne, fik det musene til at rapportere, at de var sultne, selv om de lige havde spist, og deres maver burde føles fyldte. Disse resultater giver os et fingerpeg om, hvordan hjernen arbejder med at kontrollere sult.
…
Nogle gange kan børn ikke bo hos deres biologiske (biologiske) forældre. Det kan være, fordi forældrene er syge eller ude af stand til at tage sig af deres børn på grund af de udfordringer, forældrene står over for. I sådanne tilfælde kan plejefamilier træde til og hjælpe. En plejefamilie er som en anden familie, hvor børn kan bo midlertidigt, eller indtil de bliver voksne. Plejeforældrenes opgaver er de samme som alle andre forældres: De leger med børnene, tilbyder følelsesmæssig støtte, hjælper med lektier, sørger for mad og drikke, og sørger for et trygt hjemmemiljø. Ikke desto mindre er det en stor forandring at flytte til en ny familie, og det kan være en udfordring. Nogle børn kan være vrede eller kede af det, have svært ved at stole på nye mennesker eller have oplevet slemme ting. Det vigtigste er dog, at børn og plejeforældre ikke er alene i disse situationer. Der er et stort team, kaldet familieplejesystemet, som sørger for, at børn og forældre har det bedst muligt.
…Få inspiration og viden om praksis og cases, evidens og forskning, kurser, netværksmøder og vores Læringsplatform – alt sammen til at styrke din faglige udvikling.
Du kan til enhver tid trække dit samtykke tilbage ved at afmelde dig nyhedsmailen.
Du modtager om et øjeblik en e-mail med et link, hvor du bekræfter tilmeldingen.
Med venlig hilsen
MiLife
