Forfattere
I vores hjerner, ligesom i hjernerne hos andre pattedyr som aber og mus, er der et område kaldet hippocampus, som gør det muligt for os at finde vej og ikke fare vild. Nogle gange vil vi køre til et bestemt sted, men ender et andet sted. Hvordan kan det ske? Hvad er egentlig et “sted”? Har vi en fornemmelse af “sted”, ligesom vi har andre sanser – syn, hørelse og lugt? I denne artikel vil vi tale om “stedceller” og andre typer hjerneceller, som vi undersøger i laboratoriet, og som giver vores hjerner en intern kortfunktion og fungerer som et naturligt “Waze”-navigationssystem i hver enkelt af os for at hjælpe os med at finde vej mellem forskellige steder.
I sidste uge satte jeg mig ind i bilen sammen med min kone Ruthi for at give hende et lift til arbejde (figur 1). Jeg begyndte at køre, og vi sludrede undervejs. Ruthis arbejde ligger i Haifa, Israel, i et kvarter, der hedder Hadar, og mit arbejde ligger i et kvarter, der hedder Bat Galim, tæt på havet. Vi bor på Karmelbjerget, så jeg begyndte at køre ned ad bjergsiden ad den sædvanlige vej, jeg altid tager. Efter et par minutter bemærkede vi, at bilen ved et uheld “tog” os til mit arbejde i stedet for Ruthis arbejde. Vi rettede selvfølgelig straks ruten, men denne ekstra drejning kostede os en ekstra halv time i tæt trafik. Hvad skete der helt præcist? Hvordan gik det til, at jeg planlagde at ankomme til ét sted (Ruthis arbejde), men i stedet ankom til et andet sted (mit arbejde) uden at lægge mærke til det?
Det viser sig, at der i vores hjerner er forskellige dele, der er ansvarlige for spørgsmålet “hvor skal jeg hen?”, og nogle gange giver disse hjerneområder os forskellige svar på dette spørgsmål. Da jeg satte mig ind i bilen, sagde et hjerneområde til mig: “Kør den vej, du kører hver morgen, til det sted, du altid kører til”, mens et andet område sagde: “Vent, vent, vent! I dag skal du afvige fra din vane og navigere til et nyt sted.” Problemet er, at det hjerneområde, der er ansvarligt for vanen, nogle gange tager over og får os til at køre et sted hen, hvor vi ikke havde tænkt os at køre hen.
Den israelske professor Daniel Kahneman, som vandt en nobelpris i økonomi, hævdede, at hjernen har to systemer, kaldet system 1 og system 2. System 1 arbejder hurtigere og automatisk, mens system 2 arbejder langsommere og kræver koncentration for at fungere, men giver os mulighed for at udføre mere komplicerede opgaver. System 2 har brug for vores bevidste opmærksomhed, mens vi lægger mindre mærke til, hvad system 1 gør, da det har en tendens til at fortsætte med at fungere, selv når vi ikke er opmærksomme på det. I tilfældet med vores biltur var jeg nødt til at køre Ruthi på arbejde, hvilket fik mig til at afvige fra min vane. For at nå frem til den rigtige destination var jeg nødt til at få system 2 til at tage sig af navigationen – men system 2 havde travlt med at tale med Ruthi, så system 1 overtog navigationen, og vi befandt os på vej til mit arbejde i stedet for Ruthis arbejde, af vane.
I mit laboratorium studerer jeg hjernesystem 2’s rolle i navigationsprocessen. System 2 er et fleksibelt system, som gør det muligt for os at finde rundt på steder, hvor vi ikke har været før. Forestil dig, at vi hver især har et lille kort, som er lagret inde i vores hjerner. Hvad er det for et kort? Hvad giver det os mulighed for at gøre? I den menneskelige hjerne er der et område, der hedder hippocampus (figur 2), som vi mener er en del af system 2. Hippocampus indeholder de hjerneområder, der er ansvarlige for navigation på mindre kendte steder. Hippocampus hos mennesker, aber og mus udfører den samme navigationsfunktion. Alle disse dyr har brug for at finde vej fra et sted til et andet, så det er ikke overraskende, at de har hjerneområder, der er ansvarlige for den opgave. Det faktum, at hippocampus findes hos mennesker såvel som hos andre pattedyr, f.eks. mus, understøtter påstanden om, at alle pattedyr havde en fælles forfader, som levede for millioner af år siden og også havde en hippocampus.
I mit laboratorium på Technion studerer jeg hippocampus hos mus. Hos mus, ligesom hos mennesker, er hippocampus involveret i de beregninger, der er ansvarlige for navigation. Mus har ikke brug for at navigere fra hjem til arbejde, som jeg har. Men de har brug for at vide, hvordan de skal navigere fra deres hule til vores køkken for at finde smuldrende ost på gulvet og derefter vende sikkert tilbage til deres hule (uden at støde ind i min kat på vejen). Hippocampus indeholder millioner af hjerneceller (kaldet neuroner), som er de celler, der er ansvarlige for at overføre signaler fra et sted i hjernen til et andet ved hjælp af elektriske strømme. Derfor er hjernecellerne meget lange og ligner lidt små kommunikationskabler (figur 3). I laboratoriet registrerer vi den elektriske aktivitet fra disse neuroner.
En hjernecelle, også kaldet en neuron, kan være meget smal, omkring en hundrededel af en millimeter, men kan være meget lang for at kunne overføre information fra et sted til et andet i hjernen ved hjælp af elektriske strømme (illustration: Shira Derdikman).
Et stort gennembrud i studiet af hippocampus skete for næsten 50 år siden, i 1971. Prof. John O’Keefe fra London og hans israelske studerende Dr. Jonathan Dostrovsky opdagede meget specielle hjerneceller i hippocampus hos en rotte. Prof. O’Keefe opdagede, at disse særlige celler i hippocampus reagerer (dvs. sender et elektrisk signal til andre celler), når rotten befinder sig på et bestemt sted. Men når rotten befinder sig et andet sted, er disse celler stille og ikke elektrisk aktive. Så når forskerne registrerede aktiviteten af disse celler i hippocampus, kunne de vide noget om, hvor rotten befandt sig i det øjeblik (figur 4). O’Keefe foreslog, at disse celler danner en slags internt kort inde i rottens hjerne (eller menneskets eller abens), som hjælper den med at vide, hvor den er, og hvordan den finder vej. Dette kort er en slags internt “Waze”-navigationssystem, som findes i alle pattedyr og hjælper dem med at finde vej fra et sted til et andet.
I dette eksempel “vågner” en stedcelle, når rotten passerer gennem det område, der er markeret med den gule cirkel. En anden stedcelle vil “vågne op” et andet sted i kassen. Disse celler findes også i hippocampus hos andre pattedyr.
I starten var forskere meget skeptiske over for O’Keefes fund, da ideen om stedceller det lyder meget mærkeligt. Hvordan kan der være hjerneceller, som begynder at arbejde, når vi befinder os et bestemt sted? Indtil O’Keefes opdagelse troede forskerne, at hjerneceller hos dyr hovedsageligt var optaget af to ting: sansning (syn, hørelse, berøring, lugt og smag) og bevægelse. På det tidspunkt vidste man, at der er hjerneceller, som reagerer på det, vores fem sanser møder, men “sted” er noget langt mindre defineret. Hvad betyder det, at cellerne reagerer på et bestemt “sted”? Hvordan kan et sted defineres? Det er ikke noget enkelt spørgsmål, men næsten 50 år senere er der lavet så mange eksperimenter, der understøtter eksistensen af stedceller, at det er svært at modsætte sig dem. I 2014 fik John O’Keefe den anerkendelse, han fortjente for denne vigtige opdagelse, da han vandt Nobelprisen i medicin for opdagelsen af stedceller.
Siden opdagelsen af stedceller i 1970’erne er der blevet opdaget mange andre typer hjerneceller, der har med navigation at gøre. En anden vigtig type navigationsceller, kaldet grid cells blev opdaget i 2005 i et laboratorium i Norge af prof. Edvard og May-Britt Moser (sammen med deres studerende). Deres opdagelse blev også belønnet med en Nobelpris. Mosers opdagede, at et hjerneområde nær hippocampus indeholder hjerneceller, som skaber et rumligt kort, der fungerer med sekskanter som basis. Det svarer lidt til at sige, at hjernen kortlægger verden ved hjælp af firkanter på et papir, men i stedet for firkanter er der sekskanter. Disse sekskanter ligner andre steder i naturen, hvor der er sekskanter, som f.eks. en bikube (figur 5). Denne opdagelse begejstrede mig så meget, at jeg i 2006 rejste til Mosers laboratorium i Norge og arbejdede sammen med dem om at studere gitterceller, som netop var blevet opdaget.
Inden for et kvadratisk område (til højre) sender gitterceller elektriske strømme, hver gang dyret passerer gennem et af de steder, der er markeret med “x”. De aktive steder er arrangeret i form af sekskanter, ligesom cellerne i en bikube (til venstre). Et eksempel på en sekskant er markeret med en rød linje til højre (billede: David Hablützel fra Pixabay).
Hvad byder fremtiden på? Nu hvor man har opdaget forskellige typer af celler, der arbejder sammen som hjernens interne kort, er et af de centrale mål med denne forskning at finde ud af, hvordan disse celler fungerer, dvs. hvordan de identificerer, hvad et “sted” er. I mit laboratorium har vi fundet ud af, at visse steder er vigtigere end andre, og vi studerer, hvordan hjernen beslutter, hvad der er vigtigt, og hvad der ikke er. Derudover studerer vi den vej i hjernen, der overfører information fra sanserne (syn og berøring) til det interne kort. Teknologien bag hjernestudier har udviklet sig enormt i løbet af de sidste 50 år. Mens O’Keefe kun var i stand til at registrere elektrisk aktivitet fra enkelte hjerneceller, kan vi i dag registrere hundreder og tusinder af hjerneceller samtidig. Det bringer os ind i en ny æra med Big Data, hvor vi kan registrere millioner af signaler fra hjernen. Den store udfordring bliver nu at dechifrere alle disse signaler for at besvare det grundlæggende spørgsmål, vi startede med – hvordan ved hjernen, hvor vi er?
Hippocampus: Et hjerneområde, der er kendt for at være relateret til hukommelse og navigation.
Neuron: En nervecelle i hjernen.
Stedscelle: En nervecelle i hippocampus, som er aktiv, når dyret befinder sig et bestemt sted.
Gittercelle: En nervecelle nær hippocampus, som er aktiv, når dyret passerer gennem bestemte punkter, der har form som sekskanter.
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
