Menu
Forfattere
For over 100 år siden beskrev nobelprisvinderen Ramon y Cajal for første gang strukturer kaldet dendritiske pigge, som sidder på overfladen af hjerneceller. Siden da har forskere forsøgt at forstå, hvad dendritiske pigge er, og hvordan de fungerer i hjernen. Selv med den nyeste teknologi er det meget vanskeligt at forske i dendritiske pigge, fordi de er så små – en dendritisk pig er omkring 1/1.000 af en millimeter, og der er tusindvis af dem på overfladen af de fleste nerveceller i hjernen. Da dendritiske pigge hurtigt kan ændre form og størrelse, har nogle forskere foreslået, at de er de strukturer i hjernen, hvor minder skabes og lagres. Denne hypotese er baseret på hundredvis af undersøgelser, der viser, at dannelsen af en hukommelse får de dendritiske pigge til at undergå store ændringer i antal, størrelse og form. Hvis man forhindrer de dendritiske pigge i at ændre sig, kan man også forhindre, at der dannes minder. Der er dog stadig lang vej igen, før vi kan identificere præcis, hvor minderne opbevares i hjernen. Fremtidige studier kan hjælpe os med at besvare denne fascinerende gåde.
For omkring 130 år siden blev der udviklet kraftige mikroskoper, som gjorde det muligt for forskere at se hjerneceller, kaldet neuroner, i flere detaljer. På det tidspunkt opdagede den spanske forsker Ramon y Cajal, at membranen, eller den ydre beklædning, af hjernens neuroner ikke var så glat, som forskerne tidligere havde troet. Han opdagede, at hjernens neuroner har tusindvis af små udvækster, der hver er omkring 1/1.000 millimeter lange, og som nu kaldes dendritic spines. For dette arbejde modtog Ramon y Cajal Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1906.
Siden da har vi lært enormt meget om dendritiske pigge. Det meste af det, vi ved, understøtter idéen om, at disse pigge er et af de vigtigste steder i hjernen, hvor minder skabes og lagres [1]. Denne artikel vil forklare, underbygge og uddybe denne hypotese.
Lad os begynde med at beskrive delene af den dendritiske rygsøjle. En dendritisk spine ligner en champignon (figur 1) med et stort hoved og en tynd hals. Hovedet er det sted, hvor to neuroner forbindes og udveksler information, et område kaldet synapse. Hovedet indeholder alle de komponenter, neuronet skal bruge for at modtage information fra andre celler, herunder molekyler på overfladen kaldet receptorer, som kan binde til stoffer kaldet neurotransmittere, der transporterer signaler mellem neuroner; og stoffer, der kontrollerer antallet af receptorer og deres aktivitet.
Den dendritiske rygs hals kan være meget tynd – ca. 1/10 af hovedets tykkelse eller ca. 1/2000 af en millimeter. En af halsens funktioner er at opretholde forholdet mellem neuronet og andre celler i det neurale netværk ved at regulere bevægelsen af stoffer ind og ud af hovedet. Som et resultat af denne regulering ændrer neuronet den måde, det reagerer på stimuli.
Ifølge et skøn er der mellem 300-400 forskellige typer af stoffer, der går ind og ud af dendritiske pigge gennem deres halse, nogle på meget kort tid. Bevægelsen af nogle af disse stoffer kan kontrolleres med molekylære værktøjer eller med visse lægemidler. Ved at kontrollere passagen af disse stoffer kan man ændre størrelsen og formen på den dendritiske rygsøjle. Det er også muligt at kontrollere den dendritiske rygs evne til at sende og modtage elektriske signaler, som er en af de måder, neuroner kommunikerer på, men på grund af den dendritiske rygs lille størrelse kan vi ikke måle deres elektriske aktiviteter direkte eller pålideligt med de metoder, vi har i dag. Dette måleproblem gør det svært for forskerne at afgøre, hvilken rolle halsen spiller i overførslen af beskeder fra den dendritiske rygs hoved til neuronet.
Calcium er et vigtigt stof, der findes i små mængder i dendritiske pigge. Ud over calciums mange roller i kroppen, og især i neuroner, er det også ansvarligt for aktivering af enzymer, (biologiske molekyler, der får reaktioner til at ske lettere), der igangsætter overførslen af beskeder fra en neuron til en anden. Der findes sofistikerede laboratorieredskaber, som gør det muligt for os at måle mængden af calcium i neuroner og i deres dendritiske rygsøjler. Disse målinger kan hjælpe os med at lære om, hvordan hovedet og nakken af rygsøjlen kommunikerer, og kan give os et ret præcist billede af, hvordan dendritiske rygsøjler ændrer deres form og funktion.
Ideen om, at dendritiske pigge er forbundet med læring og hukommelse, er blevet testet i en række eksperimenter, hvor man har sporet ændringer i strukturen af dendritiske pigge i hjernen på laboratorierotter og i hjerneskiver. I disse eksperimenter kiggede forskerne på piggene før og efter eksponering for elektrisk stimulation. Den elektriske stimulering forårsagede et fænomen, der kaldes long-term potentiation (LTP), som udtrykkes som en stigning i neuronets respons på elektrisk stimulation, og som genereres langs det dendritiske træ (se figur 1). I løbet af de sidste 50 år er LTP blevet undersøgt i tusindvis af eksperimenter, hvor man har kigget på hele hjernen, hjerneskiver og hjerneceller dyrket i laboratoriet. I en nøddeskal viste disse eksperimenter, at hjernen bruger en LTP-lignende mekanisme til at generere hukommelse, og hvis denne mekanisme deaktiveres, forsvinder hukommelsen eller kan ikke erhverves. Vores fund af LTP i dendritiske pigge efter elektrisk stimulation fortæller os således, at pigge spiller en vigtig rolle i synaptisk plasticitet. På samme måde kan en reduktion i synaptisk aktivitet føre til en proces med Long-Term Depression (LTD), hvorved dendritiske pigge, der ikke er aktiveret, kan skrumpe og miste deres synaptiske partner (f.eks. figur 2, nederste linje).
Da forskerne kiggede på en enkelt dendritisk rygsøjle, da den blev udsat for elektrisk stimulation, opdagede de, at der i løbet af en brøkdel af et sekund sker en massiv oversvømmelse af calciumioner ind i rygsøjlen. Som et resultat kan hovedet af rygsøjlen svulme op til 3-4 gange sin oprindelige størrelse. Umiddelbart efter sker der en strøm af neurotransmittere til receptorer i rygsøjlens hoved, hvilket øger rygsøjlens respons på den elektriske stimulering (figur 2). Denne ændring resulterer på et senere tidspunkt, i en proces, der varer fra minutter til timer, i dannelsen af nye dendritiske pigge. Disse nye pigge skaber en stærkere forbindelse mellem cellerne. Med andre ord er læring i hjernen både baseret på en ændring i responsstyrken i de dendritiske pigge og på dannelsen af nye pigge. På den måde strammes forbindelsen mellem de celler, der udgør hukommelsen i det neurale netværk.
En anden måde at forstå forholdet mellem læring og ændringer i dendritiske rygsøjler er at se på, hvordan rygsøjlerne ændrer sig hos et voksent dyr, når det bliver ældre. Som vi ved, falder hukommelsen gradvist, når voksne mennesker bliver ældre. Denne proces er ikke den samme for alle: Nogle ældre mennesker oplever et kraftigt fald i hukommelsen, mens andre kun har et moderat fald. Dette fald i hjernefunktioner, herunder hukommelse, er kendt som kognitiv tilbagegang. Et lignende fænomen forekommer også hos forsøgsdyr. Undersøgelser har identificeret en sammenhæng mellem kognitiv tilbagegang og antallet af dendritiske pigge i hjernen hos forsøgsrotter. Det vil sige, at når rotternes hukommelsestab stiger, falder antallet af pigge i deres neuroner også. Det betyder ikke, at faldet i antallet af pigge forårsager kognitiv tilbagegang, men kun at der er en positiv korrelation mellem de to observationer. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at bekræfte og forstå disse resultater fuldt ud.
Et andet område, hvor der er sket interessante fremskridt i studiet af dendritiske pigge, er i forbindelse med sygdomme i nervesystemet. I et af de første studier om dette emne undersøgte forskere neuroner i hjernen hos patienter med fragilt X-syndrom [2], en sygdom, der forårsager forskellige grader af mentale handicap, autisme og kommunikationsforstyrrelser (blandt andet). Det viste sig, at de dendritiske pigge ikke er fuldt udviklede i hjernen hos mennesker med dette syndrom.
Mens disse undersøgelser fokuserer på at forstå forholdet mellem hjernens handicap og strukturen af dendritiske rygsøjler, kan de ikke forklare den proces, der forårsager handicappet. For fuldt ud at forstå forholdet mellem defekte dendritiske rygsøjler og problemer med hjernens funktion, skal vi være i stand til at løse problemet, hvilket vi endnu ikke har [3].
At forstå strukturen og funktionen af dendritiske pigge i hjernen er meget vigtigt, men også meget udfordrende. For det første gør den lille størrelse af de dendritiske pigge dem vanskelige at få adgang til, og i hver neuron er der titusinder af sådanne pigge. For det andet er der mange slags dendritiske pigge, og det er endnu ikke klart, hvilken rolle de enkelte typer spiller. Derudover er der det store, ubesvarede spørgsmål om identiteten af hukommelses-“enheden” i hjernen, og hvordan den fungerer: Ligger hukommelsen i en enkelt dendritisk rygsøjle, en enkelt celle eller en gruppe af celler, der er forbundet med hinanden i et neuralt netværk? Forskerne vil kun kunne svare på dette, hvis de kan lokalisere en bestemt hukommelse (f.eks. bogstavet A) i hjernen; ved at beskadige den dendritiske rygsøjle/cellen/det neurale netværk for at se, om kun den specifikke hukommelse går tabt – ikke nogen anden hukommelse eller funktion. Hvis vi kan forstå, hvordan strukturen og funktionen af en individuel dendritisk rygsøjle hænger sammen med hele hjernens funktion, vil vi måske også være i stand til at reparere bestemte rygsøjler for at genoprette hukommelsen og behandle hukommelsesrelaterede sygdomme som Alzheimers sygdom. Fremtidige generationer af neuroforskere vil stå over for disse udfordringer – måske vil du være en af dem?
Neuron: Den elementære enhed i hjernen. Den indeholder den modtagende ende (pigge og dendritter), den transmitterende ende (axon) og den centrale del, soma, der styrer hele enhedens aktivitet.
Dendritisk rygsøjle: En lille struktur overfor en præsynaptisk terminal (ende), som modtager input fra den præsynaptiske celle og styrer informationsstrømmen mellem de to celler.
Synapse: Forbindelsen mellem to neuroner, hvor beskeder overføres mellem cellerne.
Neurotransmitter: Et kemisk stof, der passerer gennem synapsen mellem neuroner og overfører signaler mellem dem.
Neuronalt netværk: En række neuroner, der er forbundet i et netværk, som modtager information fra andre netværk, modificerer informationen og sender den videre til andre netværk. Et netværk kan bestå af snesevis til millioner af neuroner, som deler information i et bestemt område af hjernen.
Enzym: Et protein, der produceres af levende celler, og som hjælper med at starte en kemisk reaktion eller proces.
Langtidspotentiering (LTP): Langvarig forstærkning af et elektrisk signal langs en neuron i hjernen, som styrker forbindelsen mellem naboneuroner.
Langtidsdepression (LTD): En tilstand modsat LTP, hvor forbindelsen mellem to neuroner svækkes, hvilket fører til tab af konnektivitet og i sidste ende tab af hukommelse.
[1] Sala, C., og Segal M. 2014. Dendritiske pigge: stedet for strukturel og funktionel plasticitet. Physiol. Rev. 94:141-88. doi: 10.1152/physrev.00012.2013
[2] Telias, M. Yanovsky L., Segal, M., og Ben-Yosef, D. 2015. Funktionelle mangler i skrøbelige X-neuroner afledt af humane embryonale stamceller. J. Neurosci. 35:15295-306. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0317-15.2015
[3] Bock, J., Weinstock T., Braun, K., og Segal M. 2015. Stress i livmoderen: Prænatal programmering af hjernens plasticitet og kognition. Biol. Psychiatry. 78:315-26. doi: 10.1016/j.biopsych.2015.02.036
Vores fantastiske hjerner giver os mulighed for at gøre utrolige ting, men alligevel er de stadig mystiske på mange måder. Forskere har opdaget nogle situationer, hvor hjernen kan “narres”, og denne indsigt i hjernens indre arbejde har ført til nogle spændende nye teknologier, herunder virtual reality (VR). Ud over sin velkendte rolle inden for spil og underholdning har VR nogle fantastiske anvendelsesmuligheder inden for medicin. VR kan hjælpe patienter med at håndtere smerter, og det kan også hjælpe kirurger med at øve delikate procedurer og vejlede dem under operationer. Andre fremskridt kaldet hjerne-maskine-grænseflader kan lytte til hjernens snak og oversætte tanker til kommandoer til computere eller endda robotlemmer, hvilket i høj grad kan forbedre livet for mennesker med visse handicap. I denne artikel vil vi forklare, hvordan forskere bruger resultater fra banebrydende hjerneforskning til at producere spændende nye teknologier, der kan helbrede eller endda forbedre hjernens funktioner.
…
Dette studie undersøger, hvordan opmærksomhedsunderskud/hyperaktivitetsforstyrrelse (ADHD) påvirker gravide kvinder med fokus på, hvad det betyder for deres helbred. Forskningen er rettet mod unge og teenagere og hjælper med at forklare komplekse videnskabelige ideer på en måde, der er let at forstå. Den starter med at forklare, hvad ADHD er: en almindelig tilstand, der begynder i barndommen og kan fortsætte ind i voksenalderen. Derefter ser forskningen på de specifikke problemer, som kvinder med ADHD kan have, når de er gravide, f.eks. en højere risiko for depression, angst og komplikationer under graviditeten. Ved at undersøge detaljerede sundhedsjournaler fra mange forskellige kilder og sammenligne erfaringerne fra gravide kvinder med og uden ADHD finder undersøgelsen, at kvinder med ADHD er mere tilbøjelige til at få alvorlige helbredsproblemer, når de er gravide. Den viser dog også, at de, der tager ADHD-medicin, mens de er gravide, kan opleve et fald i disse helbredsproblemer, hvilket understreger vigtigheden af sikker brug af medicin. Undersøgelsen slutter med et råd til teenagere: Tal åbent med lægen, og træf informerede sundhedsvalg under graviditeten.
…
Alle får influenza eller forkølelse fra tid til anden. Vi designede et eksperiment for at undersøge, hvordan det påvirker hjernen at være syg oftere. For at gøre det brugte vi et stykke af en bakterie til at få voksne hanmus til at opleve symptomer på sygdom. Vi gav musene dette stof fem gange i alt. Musene fik det bedre i løbet af et par dage og holdt to ugers pause mellem eksponeringerne. Derefter målte vi, hvordan musene lærte og huskede ny information, og hvor godt deres hjerneceller arbejdede for at hjælpe dem med at lære. Vores eksperimenter tyder på, at sygdom ofte forstyrrer kommunikationen mellem hjernecellerne, så musene får problemer med at lære og huske. Vores data kan hjælpe læger med at forudsige, hvilke patienter der kan få hukommelsesproblemer, når de bliver ældre. Vores undersøgelse viser også, hvor vigtigt det er at holde sig så sund som muligt og tage skridt til at beskytte os selv og andre, når vi bliver syge.
…
Vidste du, at dine celler kan fortælle, hvad klokken er? Hver eneste celle i din krop har sit helt eget ur. Disse ure er ulig alle andre. Der er ingen tandhjul eller gear. Tiden indstilles af jordens rotation, så vores kroppe er perfekt afstemt med nat og dag. Selv om du måske ikke engang er klar over deres eksistens, styrer disse ure mange aspekter af dit liv. Fra hvornår du spiser og sover til din evne til at koncentrere dig eller løbe hurtigt – urene styrer det hele. Hvordan fungerer disse ure, og hvordan fortæller de tiden? Hvad sker der med vores ure, hvis vi ser tv sent om aftenen eller flyver til den anden side af jorden? Denne artikel undersøger disse spørgsmål og forklarer de videnskabelige opdagelser, der har hjulpet os med at forstå svarene.
…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