Menu
Forfattere
Denne artikel er baseret på et interview mellem de to forfattere.
Gitterceller er særlige hjerneceller, der spiller en nøglerolle i hjernens navigationssystem. Forskning i disse celler er et af de mest interessante og hastigt fremadskridende emner inden for hjernevidenskab i dag. Meget har ændret sig, siden mine kolleger og jeg opdagede gitterceller i 2005, og endda siden vi blev tildelt Nobelprisen i 2014. I denne artikel vil jeg beskrive de fremskridt, der forvandlede forskningsområdet for gitterceller, og fortælle dig om den måde, vi studerer gitterceller på i dag. Endelig vil jeg give dig et indblik i, hvordan vi håber at kunne bruge vores forståelse af gitterceller som et “vindue” til at forstå hjernen som helhed.
Denne artikel forudsætter, at læserne har den grundlæggende viden, der er delt i tidligere artikler om gitterceller og placeringsceller.
Professor Edvard Moser vandt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 2014 sammen med professor May-Britt Moser og professor John O’Keefe for deres opdagelser af celler, der udgør et positioneringssystem i hjernen.
Har du nogensinde undret dig over, hvordan din hjerne kortlægger verden, så du kan navigere i den med succes? Som du måske har læst i en tidligere Nobel Collection-artikel, grid cells er en særlig type af neuroner (hjerneceller), som er en vigtig del af hjernens navigationssystem. Gittercellerne blev fundet af mine kolleger og jeg i 2005 [1]. De er placeret i et hjerneområde kaldet entorhinal cortex. Hver gittercelle reagerer på et specifikt sekskantet mønster af steder (figur 1). Den fælles aktivitet af mange gitterceller skaber et internt “koordinatsystem” i hjernen, der hjælper et dyr med at vide, hvor det er i miljøet, hvordan man kommer fra et sted til et andet, og hvordan man estimerer afstanden mellem punkter (for at lære mere om gitterceller, kan du se denne video).
Gitterceller arbejder i koordination med andre typer navigationsceller i den entorhinale cortex, herunder hovedretningsceller, objektvektorceller og grænseceller. Gitterceller arbejder også sammen med stedceller, som er placeret i et andet område af hjernen kaldet hippocampus [2]. Vores mål er at forstå, hvordan grupper af gitterceller fungerer i sig selv, og hvordan de også fungerer med disse andre celler.
Siden vores opdagelse er der sket vigtige og hurtige ændringer inden for forskning i gitterceller. I 2005 studerede man gittercellernes aktivitet ved at undersøge den elektriske aktivitet i én gittercelle ad gangen, hvilket gjorde det muligt for os at opdage gittercellernes unikke hexagonale aktivitetsmønster. I løbet af de sidste par år er enkeltcelle-tilgangen dog blevet erstattet af studiet af aktiviteten i mange gitterceller på samme tid. I dag undersøger forskere, der studerer gitterceller, aktiviteten i netværk af gitterceller, og hvordan disse netværk repræsenterer et dyrs miljø. Men hvordan kan vi holde styr på mange gitterceller, der er aktive på samme tid?
Denne nye tilgang blev muliggjort af to teknologier. Den første var udviklingen af nye elektroder, kaldet Neuropixels-sonder, der gør det muligt for os at “lytte til” neuroner ved at optage den elektriske aktivitet fra mange af dem samtidigt (figur 2A) [3, 4]. De nyeste Neuropixels-sonder indeholder mere end 5.000 optagelsessteder, der kan opfange elektriske signaler fra individuelle neuroner. Ved hjælp af Neuropixels-sonder kan forskere registrere den elektriske aktivitet i hele grupper, eller populationer, af neuroner – det er derfor, denne type optagelse kaldes en neural populationsoptagelse. I øjeblikket kan vi optage fra omkring 380 steder på en mikrochip på én gang, hvilket giver os adgang til aktiviteten i mere end tusind celler på samme tid. Jeg forventer, at vi i 2025 vil være i stand til at optage fra de fleste eller alle mulige steder på én gang, hvilket vil øge antallet af celler med endnu en
Det andet nylige teknologiske fremskridt var udviklingen af exceptionelle lysmikroskoper, der kan placeres over dyrets hoved [5]. Disse er miniature to-foton mikroskoper, der kan opfange ændringer i strømmen af calcium (Ca2+ ) ioner i neuroner (figur 2B) og fortælle os, hvilke celler der er aktive på et givet tidspunkt. Ved hjælp af calcium-billeddannelse kan vi “se” gitterceller ved at have et visuelt billede af de aktive celler i netværket og kombinere forskellige billeder for at skabe en video af aktive celler over tid ( Video 1) [6].
Mit laboratorium i Norge anvender de avancerede teknologier, der er beskrevet ovenfor, til at studere gittercellenetværk. Vi bruger Neuropixels-prober til at registrere aktiviteten af mange celler i den entorhinale cortex samtidigt. Ved hjælp af vores viden om gitterceller er vi i stand til at isolere gittercellerne fra vores optagelser og studere dem i små grupper. Vi spørger så, om visse grupper af gitterceller agerer sammen på en synkroniseret måde, eller om visse grupper af celler har tendens til at være aktive i en bestemt rækkefølge eller et bestemt arrangement, når dyret bevæger sig rundt i sine omgivelser. Hvis vi finder sådanne “regler” i vores data, kan vi bruge dem til bedre at forstå aktiviteten i hele netværket af gitterceller (ved hjælp af avancerede statistiske metoder og maskinlæringsteknikker). Vi kan sammenligne vores nye data med eksisterende teoretiske modeller for gittercelleaktivitet [7]. Hvis vi finder ud af, at en bestemt model er nøjagtig, kan vi planlægge, hvilke fremtidige eksperimenter vi skal udføre, hvilke nye eksperimentelle data vi skal indsamle, og hvordan vi bedre kan analysere vores data. Dette er det ideelle scenarie inden for videnskab – når eksperimenter og teori går hånd i hånd.
Der er mange ubesvarede spørgsmål i gittercelleforskningen, som f.eks: Hvordan producerer gitterceller de aktivitetsmønstre, de har? Hvordan arbejder undernetværk (moduler) af gitterceller sammen? Og hvordan arbejder netværk af gitterceller sammen med netværk af andre typer navigationsrelaterede celler for at skabe hjernens komplette interne kort? Jeg tror, at efterhånden som vi bliver bedre til at forstå, hvordan forskellige celletyper fungerer, vil vi gradvist blive i stand til at besvare det større spørgsmål om, hvordan alle disse celler arbejder sammen. Vores næste udfordring vil så være at forstå, hvordan denne kollektive aktivitet fører til et dyrs opfattelse af rummet – hvordan skaber aktiviteten af alle disse celler oplevelsen af at navigere succesfuldt i verden?
Et andet spørgsmål, som gittercelleforskere er interesserede i, er, om gitterceller er involveret i navigationsplanlægning. Med andre ord, kan gitterceller forudsige eller planlægge dyrets næste placering(er)? Og i så fald, hvor langt væk fra? Der er noget, der tyder på, at gittercellerne indeholder information om dyrets umiddelbare fremtidige placering. Men hvis et dyr navigerer i en labyrint, er det nødt til at lægge en plan for, hvordan det kommer fra startpunktet til enden af labyrinten (hvor det får en godbid). Lægger det den plan lige fra begyndelsen og husker en bane gennem labyrinten (figur 3A), eller navigerer det “i farten” og beslutter lokalt, hvor det skal dreje i hvert kryds (figur 3B)?
En anden retning, som gittercelleforskere i øjeblikket undersøger, er, om hjernen bruger gitterceller til andre ting, som den har brug for at måle, hvilket vi kalder metrics. [8]. Forskere spekulerer i, at gitterceller bruges til mange typer af målinger, som at holde styr på sociale netværk og forstå de “sociale afstande” i dem. Generelt tænker vi på gitterceller som et neuralt netværk, der udfører beregninger i hjernen. Vi håber at kunne bruge dette netværk og dets relationer til andre netværk af celler i navigationssystemet til at forstå generelle principper for, hvordan hjernen udfører beregninger og behandler information. Vi mener, at gittercellesystemet kan fungere som et “vindue” til at forstå, hvordan store neurale netværk fungerer i hjernen, og i sidste ende forklare, hvordan cognition det synes jeg er meget spændende!
For at være en god videnskabsmand i dag er den vigtigste egenskab nysgerrighed (figur 4). Hvis du føler dig inspireret til at forstå noget, så følg din nysgerrighed og din passion – og gør så dit bedste for at finde ud af det. Du skal ikke bekymre dig om ting som at tjene en masse penge eller forsøge at finde ud af på forhånd, hvad der vil være nyttigt i din fremtid. Jeg synes også, det er vigtigt at være ambitiøs, at have høje mål og at være motiveret for virkelig at gøre en forskel for menneskeheden. Stræb efter at opnå noget stort, og hvis du finder ud af, at det ikke er muligt i øjeblikket, så bryd spørgsmålet ned i mindre trin og forfølg dem individuelt. Jeg tror, at nysgerrighed og ambitioner i høj grad kan dyrkes, så det er vigtigt at træne sig selv ved at stå over for meningsfulde udfordringer og problemer.
Hvis du gerne vil arbejde med neurovidenskab, anbefaler jeg, at du får et solidt fundament i fysik og matematik. Med tiden bliver disse discipliner stadig vigtigere for neurovidenskab, og de er meget lettere at lære i en ung alder end senere i din karriere. Du får også brug for at vide noget om biologi, psykologi og andre emner, men det er lettere at lære på et senere tidspunkt. Meget har ændret sig, siden jeg startede min karriere inden for neurovidenskab i 1980’erne, og jeg tror, at der vil ske meget mere i løbet af de næste 40 år. Det vil sandsynligvis ikke kun gælde for neurovidenskab, men for alle videnskabelige områder. Jeg synes, det gør en karriere inden for videnskab til et virkelig spændende og givende eventyr.
Gitterceller: Neuroner i en del af hjernen kaldet entorhinal cortex, hvis affyringssteder danner et koordinatsystem i hjernen, der hjælper et dyr med at navigere gennem sine omgivelser.
Neuroner: Nerveceller; celler i hjernen, der producerer elektriske impulser for at sende signaler til kroppen, hjernen eller andre neuroner.
Entorhinal cortex: Et hjerneområde, der indeholder navigationsceller, herunder gitterceller, hovedretningsceller, objektvektorceller og grænseceller.
Elektroder: Måleenheder, der bruges til at registrere den elektriske aktivitet i neuroner.
Optagelse af neurale populationer: Optagelse af den elektriske aktivitet fra mange neuroner samtidigt.
Metrik: Målinger, der giver kvantitativ information om en parameter (afstand i vores tilfælde).
Kognition: Mentale processer som at tænke og huske, der bruges til at tilegne sig viden og forståelse.
[1] Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M. B. og Moser, E. I. 2005. Mikrostruktur af et rumligt kort i den entorhinale cortex. Nature 436:801-6. doi: 10.1038/nature03721
[2] Moser, E. I., Kropff, E., og Moser, M. B. 2008. Stedceller, gitterceller og hjernens rumlige repræsentationssystem. Annu. Rev. Neurosci. 31:69-89. doi: 10.1146/annurev.neuro.31.061307.090723
[3] Jun, J. J., Steinmetz, N. A., Siegle, J. H., Denman, D. J., Bauza, M., Barbarits, B., et al. 2017. Fuldt integrerede siliciumprober til registrering af neural aktivitet med høj densitet. Nature 551:232-6. doi: 10.1038/nature24636
[4] Steinmetz, N. A., Aydin, C., Lebedeva, A., Okun, M., Pachitariu, M., Bauza, M., et al. 2021. Neuropixels 2.0: En miniaturiseret probe med høj densitet til stabile, langsigtede hjerneoptagelser. Videnskab 372(6539):eabf4588. doi: 10.1126/science.abf4588
[5] Zong, W., Wu, R., Li, M., Hu, Y., Li, Y., Li, J., et al. 2017. Hurtig høj opløsning til hjerneafbildning i frit opførte mus. Nat. Methods 14:713-9. doi: 10.1038/nmeth.4305
[6] Zong, W., Obenhaus, H. A., Skytøen, E. R., Eneqvist, H., de Jong, N. L., Vale, R., et al. 2022. Storstilet to-foton calcium-billeddannelse i frit bevægelige mus. Cell 185:1240-56. doi: 10.1016/j.cell.2022.02.017
[7] Gardner, R. J., Hermansen, E., Pachitariu, M., Burak, Y., Baas, N. A., Dunn, B. A., et al. 2022. Toroidal topologi af befolkningsaktivitet i gitterceller. Nature 602:123-8. doi: 10.1038/s41586-021-04268-7
[8] Moser, E. I., Roudi, Y., Witter, M. P., Kentros, C., Bonhoeffer, T. og Moser, M. B. 2014. Gitterceller og kortikal repræsentation. Nat. Rev. Neurosci. 15:466-81. doi: 10.1038/nrn3766
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