Forfattere
Når folk bliver ældre, kan deres hjerner blive mindre effektive og mere tilbøjelige til at få problemer med at tænke, lære og huske. Ved at forstå, hvad der sker i hjernen og forårsager disse ændringer, kan forskerne finde måder at holde ældre menneskers hjerner sunde i længere tid. Hjernen har brug for meget energi for at fungere, så det er et vigtigt videnskabeligt mål at forstå dens energiproduktion og -forbrug. Spørgsmål om hjernen er ofte vanskelige at studere, fordi hjernen har mange typer celler, der interagerer på komplekse måder. For at tackle denne udfordring skabte vores gruppe en detaljeret computermodel, som er som en virtuel hjerne. Vi opdagede, at aldring gør hjernens stofskifte mindre fleksibelt og mere skrøbeligt, hvilket betyder, at hjernecellerne har sværere ved at reagere på udfordringer og komme sig efter skader. Denne model kan hjælpe forskere med at undersøge, hvordan faktorer som kost, motion eller medicin kan holde vores hjerner sundere i længere tid, hvilket potentielt kan reducere aldersrelaterede hjerneproblemer som demens og forbedre livskvaliteten, når vi bliver ældre.
Når folk bliver ældre, gennemgår deres kroppe en række åbenlyse forandringer – de får flere rynker, deres hår bliver gråt (eller falder af!), og nogle gange bevæger de sig langsommere. Folks hjerner ændrer sig også, når de bliver ældre, men disse ændringer er ikke så lette at se. For nogle mennesker er aldersrelaterede hjerneforandringer normale og giver ikke anledning til større problemer. Men for andre kan hjernen ældes på en usund måde, hvilket kan føre til tilstande som demens. Demens er en lidelse, der gør det svært for folk at huske ting, forstå ny information og udføre hverdagsopgaver. På verdensplan forventes antallet af mennesker, der lever med demens, at stige fra ca. 57 millioner i 2019 til 153 millioner i 2050 [1].
Forskerne ved stadig ikke præcis, hvad der sker i hjernen, når den ældes, og de forstår heller ikke, hvad der forårsager forskellen mellem sund og usund aldring af hjernen. Hjernen er et vanskeligt organ at studere – den indeholder mange typer celler og molekyler, der arbejder sammen på komplekse måder. En idé er, at hjernens energimetabolisme spiller en stor rolle for, hvor godt den ældes [2, 3]. Ligesom en bil har brug for brændstof for at holde sig i gang, har vores hjerner brug for energi for at fungere godt. Hjernens energimetabolisme er den måde, hvorpå hjernen producerer og bruger energi til at holde alle dens funktioner kørende. Metabolismen involverer tusindvis af små kemikalier kaldet metabolitter der arbejder sammen i et kompliceret netværk for at holde hjernecellerne aktive og sunde. Kan ændringer i metabolitniveauer forklare de ændringer, der ses i hjernen, når den ældes?
Da det kan være vanskeligt at studere den menneskelige hjerne direkte, besluttede vores forskningsgruppe at opbygge en computermodel af hjernens energimetabolisme. En computermodel er som et virtuelt eksperiment, der bruger matematiske ligninger til at repræsentere virkelige processer – uanset om det er, hvordan en bilmotor fungerer, hvordan vejrsystemer bevæger sig, eller, i vores tilfælde, hvordan hjernens celler og molekyler interagerer. Vores computermodel giver os mulighed for at simulere, hvad der sker inde i hjernen, når den ældes, hvilket giver os mulighed for at udforske komplekse processer, som ville være svære at studere direkte.
Vi har indbygget tre hovedelementer i hjernen i vores computermodel: neuroner, astrocytter og blodkar. Neuroner er hjerneceller, der kommunikerer med andre celler ved hjælp af elektriske signaler, som hjælper en person med at tænke, bevæge sig og føle. Astrocytter er hjælpeceller, som støtter neuronerne og holder dem sunde. Blodkar bringer næringsstoffer som ilt og glukose. (en type sukker) til hjernen, så den har det brændstof, den skal bruge for at holde sig i gang.
For at forstå, hvordan ændrede niveauer af metabolitter og andre vigtige molekyler påvirker hjernen under aldring, indsamlede og kombinerede vi en masse data om hjerneproteiner, næringsstoffer og hjernefunktioner fra videnskabelige artikler udgivet af andre forskere. Ved at sætte disse data ind i vores computermodel kunne vi stille spørgsmål og teste ideer, som ville være umulige at teste på levende mennesker – f.eks. hvordan aldring kan påvirke metabolitniveauer, neuroners elektriske aktivitet eller det metaboliske netværk, der holder hjernen stærk og tilpasningsdygtig. Vi kan også undersøge, hvilke behandlinger der kan hjælpe hjernen med at forblive stærk, mens vi ældes.
Vi ønskede, at andre forskere skulle kunne bruge vores model som et eksempel, der kunne hjælpe dem med at bygge deres egne computermodeller af andre tilstande og sygdomme. Så vi gjorde computerprogrammet (skrevet i programmeringssproget Julia) offentligt tilgængeligt. For mere information kan du tjekke Blue Brain Project.
Når hjernen ældes, begynder dens energimetabolisme at ændre sig [3]. Vores model viste, at aldring påvirker niveauerne af flere molekyler i hjernecellerne. Nogle molekyler ser ud til at stige ved aldring, mens andre ser ud til at falde eller forblive stort set de samme (figur 1).
En af de vigtigste metabolitter i hjernen er adenosintrifosfat (ATP).-Et molekyle, der fungerer som den vigtigste energikilde for alle celler i kroppen. Vores computermodel viste, at der er mere ATP til rådighed i unge hjerner end i aldrende hjerner. Når ATP-produktionen begynder at aftage, kan det blive sværere for hjernecellerne at holde trit med kravene om at tænke, bevæge sig og lære.
Dernæst brugte vi vores model til at spørge, om aldersrelaterede ændringer i stofskiftet kan ændre den måde, neuronerne fungerer på. Vi fandt ud af, at neuroner sender svagere signaler i den aldrende hjerne. Neuroner har brug for energi til at sende deres elektriske signaler, så modellen fortæller os, at den aldrende hjerne både har en lavere forsyning af energi (i form af ATP) og et lavere behov for energi (på grund af svagere signalering). Nedsat signaleringsevne betyder, at neuronerne kan have svært ved at følge med i de daglige opgaver.
Ud over at producere og bruge mindre energi viste vores computermodel, at den aldrende hjerne også bliver mere skrøbelig og mindre i stand til at reparere sig selv. Tænk på hjernens metaboliske netværk som gadesystemet i din by, og forestil dig, at du har brug for at bringe noget medicin til en syg ven. I en ung hjerne er der masser af åbne ruter og velholdte veje, som gør det nemt for vigtige molekyler, som f.eks. energibærende ATP, at nå ud til alle dele af hjernen. Det svarer til, at der er mange måder at komme til din vens hus på – du kan tage hovedgaden, gå gennem parken eller tage motorvejen. Selv hvis én rute er lukket, er der stadig masser af andre måder at komme hurtigt frem på (figur 2A).
Men når hjernen ældes, er det, som om flere og flere veje bliver spærret af, og nogle broer er væk. Nu er der måske kun en eller to veje tilbage, eller måske kan du slet ikke komme hjem til din ven. Det samme sker i en aldrende hjerne – når den udsættes for stress (som en mindre skade eller daglig slitage), er der færre måder at få vigtige metabolitter derhen, hvor der er brug for dem til at hjælpe hjernen med at komme sig (figur 2B). Det gør hjernen mere skrøbelig og mindre tilpasningsdygtig, hvilket betyder, at den er mindre i stand til at håndtere udfordringer eller reparere sig selv over tid.
Modellen viste dog nogle interessante forskelle mellem neuroner og astrocytter, når det gælder tilpasningsevne. Når hjernen ældes, bliver stofskiftet i neuronerne mindre tilpasningsdygtigt. Det betyder, at neuronerne har sværere ved at reagere på forandringer eller håndtere stress, fordi de processer, der producerer energi, ikke er så fleksible, som de plejede at være. På den anden side ser astrocytter ud til at have mere tilpasningsdygtige metabolitter, når de ældes. Hvad betyder det for hjernen? En mulighed er, at astrocytterne gør mere for at holde sig selv stærke og bliver lidt “egoistiske” for at holde sig sunde, når de bliver ældre [4]. En anden måde at se det på er, at astrocytterne gør en “selvopofrelse” – de træder til for at hjælpe med at støtte neuronerne, som kæmper med aldring. Uanset hvad kan disse ændringer gøre det sværere for hjernen at holde sig stærk og komme sig over stress, hvilket øger risikoen for problemer som demens med tiden.
Kan vi hjælpe den aldrende hjerne med at blive stærkere og mere tilpasningsdygtig? Er der måder at støtte neuroner og astrocytter på, så de kan blive ved med at fungere godt, når vi bliver ældre?
Vores computermodel giver et fingerpeg om strategier til at holde hjernens stofskifte stærkt, selv når folk bliver ældre. Modellen understøtter tidligere forskning, der viser, at visse velkendte sunde livsstilsvaner – som en afbalanceret kost, regelmæssig motion og specifikke vitaminer eller kosttilskud – kan hjælpe hjernecellerne med at komme sig over stress og fortsætte med at fungere godt (figur 3).
Med hensyn til kost foreslår modellen, at man spiser på en måde, der sænker blodsukkeret og hæver ketonerne i blodet (som er stoffer, der dannes, når du forbrænder fedt for at få energi) kan hjælpe hjernen. Disse ændringer kan gøre det lettere for cellerne at få den energi, de har brug for, især under stress. Motion har en lignende effekt: Det øger blodgennemstrømningen til hjernen, som leverer næringsstoffer, der understøtter energiproduktionen og hjælper med at reparere cellerne. Fysisk aktivitet hæver også niveauet af laktat i blodet, et stof, som hjernen kan bruge sammen med ATP som ekstra brændstof under krævende opgaver [5].
Mange mennesker tager allerede vitaminer og andre kosttilskud for at holde deres hjerner og kroppe sunde. NAD-tilskud er en type kosttilskud, der kan spille en vigtig rolle. NAD er et molekyle, der hjælper hjernens mitokondrier – cellernes kraftværker – med at producere ATP. I nærvær af højere NAD-niveauer viser vores model, at cellerne producerer mere ATP og reagerer bedre på udfordringer, hvilket kan hjælpe ældre hjerner med at forblive opmærksomme og fleksible.
I vores computermodel øgede en kombination af sund kost, regelmæssig motion og NAD-tilskud ATP-niveauerne i neuroner og astrocytter, så de kom tættere på de niveauer, man ser i en yngre hjerne. Modellen viste dog, at disse livsstilsændringer alene ikke var nok til at få ældre neuroner til at signalere som unge neuroner. Med andre ord kunne neuronerne producere mere energi, men de signalerede stadig ikke så stærkt eller præcist som dem i en yngre hjerne. For at løse dette problem justerede vi modelbetingelserne for at øge aktiviteten af et molekyle, som neuroner har brug for til at sende elektriske signaler, kaldet natrium-kalium-pumpen. Ved at øge aktiviteten af dette molekyle til ungdommelige niveauer blev neuronernes signaler stærkere og mere lig dem i en ung hjerne. Interessant nok kan insulin, et stof, der er kendt for at kontrollere blodsukkeret, også øge natrium-kalium-pumpens aktivitet, hvilket understøtter modellens resultater om fordelene ved kost og motion. Så vores model tyder på, at natrium-kalium-pumpen kan være et potentielt mål for behandlinger, der har til formål at genoprette en ungdommelig hjernefunktion.
Selv om disse resultater er lovende, kommer de fra en computermodel – så forskerne er nødt til at udføre yderligere eksperimenter for at bekræfte, om disse strategier virker i det virkelige liv. Alligevel giver vores resultater en spændende indsigt i, hvordan kost, motion og målrettede kosttilskud kan hjælpe med at beskytte hjernen, når den ældes. Ved bedre at forstå den aldrende hjernes unikke udfordringer kan forskere udvikle nye måder at støtte hjernens sundhed på, hvilket potentielt kan hjælpe folk med at forblive skarpe, aktive og uafhængige, når de bliver ældre – og forhåbentlig reducere risikoen for aldersrelaterede tilstande som demens.
Energimetabolisme: Den proces, hvor hjernen omdanner næringsstoffer som glukose og ilt til energi, så hjernecellerne kan udføre deres funktioner effektivt og holde sig sunde.
Metabolitter: Små molekyler, der produceres eller bruges under stofskiftet, og som hjælper med at holde hjernens celler velfungerende ved at deltage i energiproduktionen og andre vigtige kemiske processer.
Glukose: En type sukker, der fungerer som den vigtigste energikilde for hjernen og kroppen. Det er afgørende for, at hjernecellerne kan udføre opgaver som at tænke, lære og bevæge sig.
Adenosintrifosfat (ATP): Et molekyle, der lagrer og giver energi til cellerne, så de kan udføre deres funktioner. Det fungerer som den vigtigste energikilde for alle celler i kroppen, inklusive hjerneceller.
Ketoner: Molekyler, der produceres af leveren, når kroppen forbrænder fedt for at få energi, ofte under lavt kulhydratindtag eller faste. Hjernen kan bruge ketoner som en alternativ energikilde.
Laktat: Et molekyle, der produceres, når kroppen nedbryder glukose for at få energi, især under træning. Hjernen kan bruge laktat som en ekstra energikilde til at understøtte dens funktioner.
NAD-tilskud: Kosttilskud, der øger niveauet af NAD, et molekyle, der hjælper celler, herunder hjerneceller, med at producere energi og reagere bedre på stress og skader.
Natrium-kalium-pumpe: Et protein i cellemembranen, som flytter natrium ud og kalium ind i cellerne ved hjælp af energi. Det hjælper med at opretholde elektriske signaler i hjernecellerne for at sikre korrekt kommunikation og funktion.
[1] GBD 2019 Dementia Forecasting Collaborators. 2022. Estimering af den globale prævalens af demens i 2019 og den forventede prævalens i 2050: en analyse til Global Burden of Disease Study 2019. Lancet Public Health. 7:e105-25. doi: 10.1016/S2468-2667(21)00249-8
[2] Mattson, M. P., og Arumugam, T. V. 2018. Kendetegn ved hjernens aldring: adaptiv og patologisk modifikation af metaboliske tilstande. Cell Metab. 27:1176-99. doi: 10.1016/j.cmet.2018.05.011
[3] Bonvento, G., og Bolaños, J. P. 2021. Astrocyt-neurons metaboliske samarbejde former hjernens aktivitet. Cell Metab. 33:1546-64. doi: 10.1016/j.cmet.2021.07.006
[4] Weber, B., og Barros, L. F. 2015. Astrocytten: kraftværk og genbrugscenter. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 7:a020396. doi: 10.1101/cshperspect.a020396
[5] Magistretti, P. J., og Pellerin, L. 1996. Cellulære baser for hjernens energimetabolisme og deres relevans for funktionel hjerneafbildning: bevis for en fremtrædende rolle for astrocytter. Cereb. Cortex 6:50-61. doi: 10.1093/cercor/6.1.50
Mennesker har lavet musik i titusinder af år. Men hvad sker der i din hjerne, når du lytter til dit yndlingsband eller din yndlingsmusiker? I denne artikel følger du lydens rejse fra ørerne til hjernen, hvor forskellige områder arbejder sammen, mens du lytter til musik. Musik involverer mange hjernefunktioner, såsom lydbehandling, hukommelse, følelser og bevægelse. Du vil også opdage, at hjernen kan lære at genkende velkendte mønstre i musik, hvilket kan hjælpe med at forklare, hvorfor musik kan gøre os glade, triste eller endda ophidsede. Til sidst vil du udforske, hvad der sker i musikeres hjerner, når de spiller på deres instrumenter.
…
Kunstig intelligens (AI) systemer bliver ofte rost for deres imponerende præstationer inden for en lang række opgaver. Men mange af disse succeser skjuler et fælles problem: AI tager ofte genveje. I stedet for virkelig at lære, hvordan man udfører en opgave, bemærker den måske bare enkle mønstre i de eksempler, den har fået. For eksempel kan en AI, der er trænet til at genkende dyr på fotos, stole på baggrunden i stedet for selve dyret. Nogle gange kan disse genveje føre til alvorlige fejl, såsom en diagnose fr , der er baseret på hospitalsmærker i stedet for patientdata. Disse fejl opstår selv i avancerede systemer, der er trænet på millioner af eksempler. At forstå, hvordan og hvorfor AI tager genveje, kan hjælpe forskere med at designe bedre træningsmetoder og undgå skjulte fejl. For at gøre AI mere sikker og pålidelig skal vi hjælpe den med at udvikle en reel forståelse af opgaven – ikke bare gætte ud fra mønstre, der har fungeret tidligere.
…
Er du nogensinde faldet og slået hovedet, mens du legede? Følte du dig lidt svimmel og havde ondt i hovedet? Hvis ja, kan du have fået en hjernerystelse! Hjernerystelser kan ske hvor som helst. De kan ske under sport, når du leger med dine venner eller endda når du cykler med dine forældre. Det kan være svært at vide, om du har fået en hjernerystelse. Mange børn og forældre er ikke sikre på, hvad de skal gøre, hvis nogen får en hjernerystelse. Læger og forskere ved, at det hjælper dig med at komme dig hurtigere, hvis du gør det rigtige efter en hjernerystelse. Denne artikel forklarer, hvad en hjernerystelse er. Den hjælper dig med at se, om du eller en ven har fået en hjernerystelse, og fortæller dig, hvad du skal gøre, hvis du nogensinde får en hjernerystelse.
…
Hjertet er en meget vigtig muskel, der arbejder uafbrudt for at pumpe blod og levere vigtige næringsstoffer og ilt til alle dele af kroppen. Denne artikel ser på, hvordan hjertet fungerer normalt, og hvad der sker, når det fungerer unormalt, som det er tilfældet med en tilstand kaldet atrieflimren (AF). AF er en almindelig tilstand, der opstår, når hjertet slår uregelmæssigt og ude af takt. AF kan øge en persons risiko for at udvikle alvorlige problemer som hjertesvigt eller slagtilfælde. Denne artikel ser også på, hvordan AF kan diagnosticeres, hvad der forårsager AF, og de forskellige måder, det kan behandles på.
…