Forfattere
Vidste du, at det ikke kun er dine øjne, der giver dig mulighed for at se? Din hjerne fungerer sammen med øjnene for at bearbejde og give mening til alle de ting, du ser. En del af hjernen, der kaldes den visuelle cortex, er ansvarlig for synet. Hjernen indeholder over 100 milliarder hjerneceller kaldet neuroner, og de arbejder i “niveauer” for at hjælpe dig med at se verden – fra et grundlæggende niveau, hvor du opfatter simple former, til højere niveauer, hvor du forstår komplekse mønstre. Når netværk af neuroner i hjernen ikke fungerer korrekt, kan det resultere i hjernesygdomme. Læger og forskere kan bruge forskellige teknikker til at måle neuronernes aktivitet. For eksempel kan usædvanlige mønstre af hjernebølger fortælle os om beskadigede neurale netværk og abnormiteter i hjernen. Computere kan også programmeres til at “se” visuel information, og sådanne computere kan hjælpe os med at lære om synsprocessen hos mennesker.
Kan du lide det verdensberømte koreanske band BTS? I bandets tilfælde står BTS for Bang Tan Sonyeondan, men inden for neurovidenskaben kan det også stå for brain transfer stimulus, som er en afgørende hjernefunktion. Hjernen genkender det, dine øjne ser, og kan fortolke den visuelle information eller stimulus, så du kan forstå, hvad du læser eller ser. En stimulus er noget, der fanger din opmærksomhed. Når vi taler om synet, registrerer du visuelle stimuli som f.eks. lys. Når du for eksempel er til en BTS-koncert, ser du kraftige lys, der blinker i forskellige farver, men det overrasker dig ikke. Hjernen modtager disse visuelle stimuli og behandler dem sammen med andre visuelle informationer, så du ved, at lysene kommer fra scenen. Med andre ord hjælper din hjerne dig med at genkende ting, såsom scenelys og en sanger ved en koncert.
Har du nogensinde undret dig over, hvordan dine øjne gør det muligt for dig at se? For eksempel, når du er til en koncert, hvordan kan du så få øje på en ven i den store menneskemængde? Selvom man ser med øjnene, er der en del af hjernen, der hedder visual cortex er også ansvarlig for synet, da den behandler alle visuelle informationer fra øjnene. Dette hjerneområde indeholder flere niveauer til analyse af information [1]. Lad os tænke på den visuelle cortex som en fabelagtig kage i flere lag. Nederst har du den primære visuelle cortex (V1), som fortolker prikker eller andre former uden figurer. Overraskende nok tager det kun 70 millisekunder (msec, 0,07 sekunder) at flytte signaler fra øjnene til V1.
Dernæst genkender den sekundære visuelle cortex (V2) mere detaljerede visuelle repræsentationer end V1, såsom geometriske former. Du kan tænke på det på denne måde: Når du bevæger dig op i kagelagene, fortolker niveauerne i den visuelle cortex mere kompleks visuel information [2]. Med højere niveauer af visuel cortex kan du se forskellige farver eller bevægelser. Det tager længere tid at sende signaler fra øjnene til “højere” niveauer af synsbarken. Det tager 100 msec (0,1 sekunder) at bevæge sig fra øjnene til V2, ca. 120 msec (0,12 sekunder) fra øjnene til V3.
Med andre ord bevæger visuel information sig fra øjnene gennem niveauerne i den visuelle cortex på meget kort tid (figur 1). Det forklarer, hvordan du hurtigt kan genkende en ven til en koncert. Når du læser denne artikel, kan du også forstå betydningen af hvert ord i en sætning i stedet for bare at se et virvar af ord. Din hjerne og dine øjne arbejder sammen som et team om at bearbejde visuel information.
Den menneskelige hjerne har milliarder af celler kaldet neuroner [3]. Neuroner forbinder sig med hinanden for at danne netværk, og de kommunikerer ved hjælp af bittesmå elektriske signaler. Hvis netværket af neuroner i hjernen bliver beskadiget, kan neuronerne ikke modtage elektriske signaler fra hinanden. Det kan påvirke hjernens funktioner negativt og føre til lidelser som hukommelsessvigt og demens.
Da vi ikke kan se hjernen indefra, hvordan kan vi så vide, om der er et problem med hjernens netværk? Forskere og læger har flere måder at analysere hjernen på! Da neuroner kommunikerer ved hjælp af elektriske signaler, kan vi måle hjernens elektriske aktivitet ved hjælp af små, ikke-metalliske enheder kaldet elektroder (figur 2A).
Elektroder hjælper os med at se hjernebølger de er skabt af de elektriske aktiviteter i neuronerne. Ligesom bølger i havet ser hjernebølgerne ud som bølgelinjer, der bevæger sig op og ned. Men hvis en person har en hjerneskade, kan elektroderne vise langsomme og usædvanlige mønstre af hjernebølger. Evnen til nøjagtigt at aflæse hjernebølger er vigtig inden for neurovidenskaben, fordi det hjælper os med at identificere abnormiteter eller lidelser i hjernen.
For at registrere hjerneaktiviteten hos patienterne i vores undersøgelse placerede vi elektroder i den visuelle cortex under operationen og viste derefter patienterne billeder af forskellige former og mønstre. Mens patienterne kiggede på disse visuelle stimuli, registrerede elektroderne deres hjernebølger, så vi kunne undersøge, hvilke hjerneområder der blev aktiveret, og hvordan hjernen reagerede på hver form og hvert mønster (figur 2B). Ved simple visuelle reaktioner som prikker eller et lysglimt blev V1-regionerne aktiveret. Ved mellemliggende visuelle reaktioner, som geometriske former, såsom trekanter og cirkler, blev V2-områder aktiveret, og ved komplekse visuelle reaktioner, som visuel fantasi eller en illusion med blandede farver, blev V3/V3+-områder aktiveret.
Der findes andre måder at måle hjerneaktivitet på, som ikke kræver operation, såsom elektroencefalografi (EEG). I EEG kan elektroder ufarligt placeres på patientens hovedbund. EEG bruges i vid udstrækning til at se på hjerneaktivitet og identificere hjernesygdomme [4].
I dag hjælper computere os også med at forstå abnormiteter i hjernen. Ved hjælp af kunstig intelligens (AI) kan computere efterligne netværket af neuroner i den menneskelige hjerne (figur 3), hvilket gør det muligt for disse computere at fungere på samme måde som hjernen. For eksempel giver AI-baseret computeriseret “syn” computere mulighed for at genkende og fortolke visuelle stimuli, lidt som om de “ser”. Dette computerbaserede “syn” svarer til menneskets syn, men computere kan identificere ting hurtigere og mere præcist. Så når vi har svært ved at finde hjernesygdomme hos patienter, kan vi bruge AI-netværk til at få mere indsigt i sygdomme og behandle patienter mere effektivt [5].
I denne artikel har vi fortalt dig om, hvordan synsbarken fungerer i synet, og hvordan forskere og læger kan overvåge hjernens aktiviteter ved at måle hjernebølger. Nu ved du, at hjernen skal arbejde sammen med øjnene for at give dig mulighed for at se! Netværk af hjerneceller i den visuelle cortex kommunikerer for at behandle “niveauer” af visuel information, fra enkel til kompleks. Når hjernens netværk ikke fungerer korrekt, kan det resultere i hjernesygdomme som hukommelsessvigt og demens. Computerstyrede neurale netværk, som dem, der bruges af AI, kan hjælpe forskere med at forstå, hvad der går galt ved hjernesygdomme. Med vores arbejde håber vi at inspirere mange dygtige unge forskere til at vise interesse for neurovidenskab og hjælpe med at besvare flere fascinerende spørgsmål om synet en dag!
Stimuli: Et visuelt signal, der fanger en persons opmærksomhed.
Visuel cortex: Et område i hjernen, der behandler visuel information og har tre hovedlag: primære, sekundære og tertiære.
Neuron: En nervecelle, der kommunikerer med andre nerveceller og danner netværk for at fortolke den information, der kommer ind gennem vores sanser, som de ting, vi ser.
Elektrode: Små ikke-metalliske enheder, der måler hjernens elektriske mønstre, bruges i både invasive og ikke-invasive hjernebilledteknikker.
Hjernebølger: Optagelser af elektriske signaler fra hjernen.
Elektroencefalografi: En ikke-invasiv hjerneafbildningsmetode, der måler hjernens elektriske aktiviteter ved at placere elektroder på en hovedbund.
Kunstig intelligens (AI): Et computeriseret system, der efterligner netværk af neuroner i hjernen og kan udføre menneskelignende opgaver.
Neurovidenskab: Studiet af den menneskelige hjerne og samspillet mellem hjerneceller, der er involveret i hukommelsesfunktioner og adfærd.
[1] Gilbert, C. D., Li, W. 2013 Top-down påvirkninger på visuel behandling. Nat. Rev. Neurosci. 14:350-63. doi: 10.1038/nrn3476
[2] Herculano-Houzel, S. 2009 Den menneskelige hjerne i tal: en lineært opskaleret primat-hjerne. Front. Hum. Neurosci. 3:31. doi: 10.3389/neuro.09.031.2009
[3] Ghose, G. M., Maunsell, J. 1999 Specialiserede repræsentationer i visuel cortex: en rolle for binding? Neuron. 24:79-85. doi: 10.1016/S0896-6273(00)80823-5
[4] Kalaivani, M., Kalaivani, V., Devi, V. A. 2014 “Analysis of EEG signal for the detection of brain abnormalities,” i International Journal of Computer Applications® år.
[5] Hassabis, D., Kumaran, D., Summerfield, C., Botvinick, M. 2017 Neuroscience-inspired artificial intelligence. Neuron. 95:245-58. doi: 10.1016/j.neuron.2017.06.011
Når du læser disse ord, er hundredvis af millioner af nerveceller elektrisk og kemisk aktive i din hjerne. Denne aktivitet gør det muligt for dig at genkende ord, fornemme verden, lære, nyde og skabe nye ting og være nysgerrig på verden omkring dig. Faktisk er vores hjerner – Homo sapiens‘ – de mest fascinerende fysiske substanser, der nogensinde er opstået på jorden for ca. 200.000 år siden. Hjernen er så nysgerrig og ambitiøs, at den stræber efter at forstå sig selv og helbrede sine skrøbelige elementer, når den bliver syg. Men på trods af de seneste vigtige fremskridt inden for hjerneforskningen ved vi stadig ikke, hvordan vi skal lægge brikkerne i hjernens puslespil. Det er på grund af dette, at der for nylig er startet flere store hjerneforskningsprojekter rundt om i verden. Vi deltager i et af dem – Human Brain Project (HBP) [1]. Hovedformålet er systematisk at katalogisere alt, hvad vi ved om hjernen, at udvikle geniale eksperimentelle og teoretiske metoder til at undersøge hjernen og at sammensætte alt, hvad vi har lært, til en computermodel af hjernen. Alt dette er muligt, da vores hjerne selv har designet kraftfulde computere, internettet og sofistikerede matematik- og softwareværktøjer, som snart vil være kraftfulde nok til at modellere noget så komplekst som den menneskelige hjerne i computeren. Dette projekt vil give en ny og dybere forståelse af vores hjerne, hjælpe os med at udvikle bedre kure mod dens sygdomme og i sidste ende også lære os, hvordan vi kan bygge smartere, lærende computere. Det vigtige er, at vores hjerne kun har brug for et par måltider om dagen (og måske lidt ekstra slik) for at klare det hele – det er meget mere energieffektivt end selv en simpel computer. Lad os så fortælle dig historien om HBP.
…
Vidste du, at læger kigger på tusindvis af menneskers hjerner hver dag? På hospitaler over hele landet kigger vi ind i patienternes hjerner for at se, om noget er gået galt, så vi kan forstå, hvordan vi kan hjælpe med at behandle den enkelte patients tilstand. Hjerneafbildningsteknologi spiller en vigtig rolle i at hjælpe læger med at diagnosticere og behandle tilstande som hjerneskader . Bag kulisserne er der særlige kameraer, som giver os mulighed for at se dybt ind i patienternes hjerner hver dag.
…
Hjernen har fascineret os i umindelige tider. Nogle af de første seriøse diskussioner om den menneskelige hjerne startede i det gamle Egypten, hvor kongen af Alexandria tillod dissektioner af forbrydere i levende live for at studere menneskets anatomi [1]. De, der udførte dissektionerne, åbnede kranieknoglen og så hjernen i levende live. Da de skar gennem hjernen, opdagede de store rum inde i den. Disse rum var forbundet med hinanden som kamre i et hus. De var også fyldt med en unik, krystalklar væske, som vi nu kender som cerebrospinalvæske eller hjernevæske. De var så begejstrede for dette fund! De troede, at menneskelige sjæl befinder sig i disse væskefyldte kamre. De forsøgte at forstå, hvordan væsken bevæger sig på tværs af disse kamre, fordi de troede, at det kunne forklare, hvordan det menneskelige sind fungerer.
…
Vidste du, at den mad, du spiser, påvirker dit helbred? Vigtigst af alt kan det, du spiser, have en negativ effekt på det mest komplekse organ i din krop: din hjerne! Utroligt nok påvirker den mad, du spiser, neuronerne, som er de vigtigste celler i hjernen. I hjernen forårsager en usund kost, der er rig på fedt og sukker, betændelse i neuroner og hæmmer dannelsen af nye neuroner. Det kan påvirke den måde, hjernen fungerer på, og bidrage til hjernesygdomme som depression. På den anden side er en kost, der indeholder sunde næringsstoffer som f.eks. omega-3-fedtsyrer, gavnlig for hjernens sundhed. En sådan kost forbedrer dannelsen af neuroner og fører til forbedret tænkning, opmærksomhed og hukommelse. Alt i alt gør en sund kost hjernen glad, så vi bør alle være opmærksomme på, hvad vi spiser.
…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
