Forfattere
Hjernen består af tusindvis af celler, som giver mening til det, en person oplever. Disse celler, som kaldes neuroner, har alle forskellige opgaver, afhængigt af hvor de befinder sig i hjernen. Forskere bruger flere metoder til at indsamle oplysninger om, hvordan og hvornår neuroner reagerer; det er lidt som at tage et billede af hjernens aktivitet! For at forstå neuronernes arbejde bruger forskere generelt metoder, der ikke går direkte ind i hjernen. Disse tilgange bruges ofte, fordi de er praktiske, men fordi de er “billeder” taget uden for kraniet, kan de oplysninger, de giver forskerne, være ufuldstændige eller unøjagtige. Heldigvis er det også muligt for forskere at bruge en metode, der går direkte ind i hjernevævet, kaldet enkeltcelleoptagelse, for mere nøjagtigt at indfange, hvad en neuron laver.
Neuroner er hjerneceller, der kan “tale” med hinanden. Alt, hvad vores hjerner gør – alle vores tanker, følelser og oplevelser – opstår på grund af disse neuronale “samtaler”. Kommunikation mellem neuroner er afgørende for hjernens funktion, men hver neuron sender ikke bare hver eneste besked videre, som den “hører”. I stedet beslutter den sig kun for at “tale”, når den har modtaget nok positiv information fra sine naboer; ellers forbliver den “stille”. Forestil dig, at du hører et rygte fra dine klassekammerater om, at klassen skal holde pizzafest næste dag. Hvis kun én person fortæller dig om festen, er du måske forsigtig eller skeptisk over for oplysningerne og vælger ikke selv at sprede rygtet. Men når du hører f.eks. 10 personer fortælle dig om festen, vil du sandsynligvis begynde at tro på det, og så begynder du måske at fortælle andre om den kommende begivenhed.
Neuroner gør mere eller mindre det samme, men med aktionspotentialer (AP’er) i stedet for rygter (figur 1). AP’er er udbrud af elektrisk aktivitet i en neuron, som resulterer i, at der sendes beskeder fra neuronen til dens naboer. Neuronkommunikation er “alt eller intet”, hvilket betyder, at et neuron kun udfører et AP, hvis det har modtaget nok information fra sine naboer til at få cellen til at kommunikere med andre naboneuroner. Når neuroner når en bestemt aktivitetstærskel, bevæger et AP sig ned ad neuronets hale (kaldet axonet) og forårsager en frigivelse af kemiske neurotransmittere der sender information videre til nabocellerne. Disse kemiske beskeder modtages af de nærliggende neuroner (lidt ligesom når man er tæt nok på en ven til at overhøre deres rygter).
Der er mange måder at indsamle information fra neuroner på, men nogle af disse metoder har mangler, som forhindrer forskerne i at få et så klart billede, som de gerne ville. Et eksempel på en sådan metode er funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI). Denne metode kan registrere neuronaktivitet i hjernen ved at overvåge ændringer i hjernens blodgennemstrømning. Når et område i hjernen er aktivt, bruger det energi, så der sendes blod til området for at “fylde det op” med ilt. Optankningsprocessen er det, fMRI måler. En anden almindelig metode er kendt som elektroencefalografi (EEG). I modsætning til fMRI måler EEG specifikt neuronernes aktivitet i stedet for blodgennemstrømningen, så denne metode bruges ofte til at diagnosticere hjernesygdomme [1]. Mange EEG-undersøgelser kan gennemføres på en time eller mindre. Ved EEG sætter forskerne en række sensorer, kaldet elektroder, fast på en persons hovedbund for at registrere neuronaktiviteten. Elektroderne giver forskerne en grov idé om, hvordan neuronerne kommunikerer med hinanden i realtid, lidt ligesom at aflytte samtaler, der foregår ved cafeteriabordet ved siden af dig.
Disse metoder indsamler data eksternt (fra ydersiden af kraniet), så kraniet og hovedbunden kan forstyrre den information, der indsamles. Når forskere f.eks. måler neuronaktivitet ved hjælp af EEG, kan det være svært at afgøre præcist, hvor aktiviteten stammer fra. Forestil dig, at du prøver at bruge et kamera til at tage et billede af et træ gennem en stærkt tonet rude. Du ved, at du tager et billede af et træ, men billedet kan være uklart (f.eks. kan du måske ikke se de enkelte blade), fordi vinduesfarven forhindrer dig i at få et detaljeret billede.
De oplysninger, forskerne indsamler, er mere præcise, når de indsamles direkte fra hjernen ved hjælp af interne metoder – inde fra kraniet. Forskere bruger lejlighedsvis en metode kendt som single-cell recording til at registrere aktiviteten i en enkelt neuron eller en lille gruppe af neuroner. Fordi enkeltcelleoptagelse går uden om kraniet og optager direkte fra neuronet, kan neuronaktiviteten registreres meget mere præcist. Med enkeltcelleoptagelse forsvinder det tonede vindue mellem træet og kameraet, og man får et meget klarere billede.
Når man skal registrere aktiviteten i enkelte neuroner, er det nødvendigt med direkte adgang til hjernen (figur 2). Det betyder desværre, at personens kranie skal åbnes for at indsamle denne type data. Denne metode er derfor meget invasiv og kræver en alvorlig operation. Denne metode er også typisk dyrere, hvilket også gør den mindre tilgængelig for forskere sammenlignet med EEG. Selv om enkeltcelleoptagelse kan være mere præcis end eksterne metoder, betyder dens invasive karakter, at der skal være en meget god grund til at gøre det i første omgang!
For at lytte til neuroner ved hjælp af enkeltcelleoptagelse indsætter forskere et lille instrument kaldet en mikroelektrode-array ind i hjernevævet [2]. Mikroelektrodearrayet svarer til de elektroder, der placeres i hovedbunden ved EEG, men mikroelektroderne er meget mindre, hvilket gør det muligt at indsamle præcise data fra enkelte neuroner (eller et lille antal neuroner). Når kraniet åbnes kirurgisk for at blotlægge hjernen, kan forsøgspersonen få indopereret flere mikroelektroder på én gang i forskellige områder af hjernen [3]. Det giver forskeren mulighed for at “lytte” til, hvad hjernen siger flere steder.
Oplysninger om enkeltneuroner indsamles normalt fra patienter med epilepsi – en anfaldslidelse, der påvirker hjernens elektriske aktivitet. I nogle tilfælde bliver epilepsipatienter allerede opereret for deres anfald. En måde at tænke på anfald er, at de opstår, når de normalt klare samtaler mellem neuroner bliver uforståelige. Lad os sige, at dine klassekammerater skreg begejstret til dig i stedet for roligt at fortælle dig om rygtet om pizzafesten. I stedet for at forstå dem, ender du måske med at blive forvirret. Hos nogle mennesker sender deres neuroner en masse modstridende information meget tæt på hinanden i tid. Når neuronerne bliver overvældet, kan de ikke længere udføre deres arbejde ordentligt. De kan øge eller mindske antallet af aktionspotentialer, de udsender, hvilket kan resultere i et anfald. Anfald kan være isoleret til et hjerneområde, så f.eks. et anfald i det område, der kontrollerer bevægelse, kan resultere i, at en person ryster eller rykker ukontrolleret. Epilepsipatienter kan få indsamlet data fra enkeltneuroner for bedre at kunne lokalisere deres anfald. Som følge heraf kan enkeltneurondata til andre eksperimenter også nemt indsamles fra disse patienter.
Undersøgelser som disse, der er udført på epilepsipatienter, har resulteret i mange vigtige resultater om neuronaktivitet. I en undersøgelse implanterede forskere elektroder i hjernen på 19 epilepsipatienter og placerede elektroderne forskellige steder afhængigt af, hvor tidligere EEG-optagelser viste, at patienternes anfald stammede fra [4]. Forskerne registrerede patienternes neuronaktivitet, herunder interiktale epileptiforme udladninger (IED’er), som er store, tilfældige elektriske spidser i neuronaktiviteten, der er almindelige hos epilepsipatienter. Forskerne fik derefter patienterne til at udføre en hukommelsesopgave. Patienterne blev præsenteret for en serie på 100 billeder, der blev vist med 1 sekunds mellemrum. Senere blev de præsenterede billeder blandet med helt nye billeder, og forsøgspersonerne blev bedt om at huske, hvilke af billederne de havde set tidligere. Ud over at registrere store spidser af elektrisk neuronaktivitet, som typisk findes i EEG-optagelser af epilepsipatienter, fandt forskerne også ud af, at IED’er kan påvirke hukommelsen, hvis de sker op til 2 sekunder før billederne blev vist. Denne form for information giver forskerne vigtige fingerpeg om, hvordan specifik hjerneaktivitet hænger sammen med lagring af hukommelse og senere genkaldelse.
Selv om enkeltcelleoptagelser er invasive, er de et vigtigt redskab, der kan hjælpe forskere med at få en mere præcis aflæsning af, hvordan neuroner kommunikerer. Denne metode bruges ikke meget i den nuværende medicinske behandling, men den kan bruges sammen med andre værktøjer, som EEG, til at hjælpe med at diagnosticere epilepsi. I fremtiden kan enkeltcelleoptagelser give os afgørende svar på vigtige spørgsmål som f.eks. hvilke hjerneområder, der er involveret i hukommelsen, eller hvad der præcist sker ved visse hjernesygdomme. Da enkeltcelleoptagelser indsamler de elektriske impulser fra enkelte neuroner, kan der desuden udvikles implantater til at hjælpe mennesker med bevægelseshandicap (f.eks. patienter med lammelser eller dem, der kommer sig efter et slagtilfælde) ved at sende hjernens elektriske signaler til hjernestyrede robotter, der hjælper med at bevæge sig. Mikroelektroder vil snart kunne forblive i hjernen i længere tid, hvilket yderligere vil hjælpe patienter med at genvinde deres uafhængighed og mobilitet. Det er klart, at enkeltcelleoptagelse er et vigtigt redskab til at studere hjernen, men det er også fantastisk til at studere de grundlæggende årsager til epilepsi og vil sandsynligvis føre til en række andre medicinske fremskridt.
Neuron: En type hjernecelle, der er i stand til at kommunikere med andre neuroner via elektrokemiske beskeder.
Aktionspotentiale: En ændring i elektrisk ladning på tværs af et neurons cellemembran, der resulterer i frigivelse af neurotransmittere.
Neurotransmittere: Molekyler, der gør det muligt for neuroner at kommunikere med hinanden.
Funktionel Magnetisk Resonans Imaging (fMRI): En metode, der måler hjerneaktivitet ved at observere ændringer i blodgennemstrømningen.
Elektroencefalografi (EEG): En test, der måler elektriske signaler i hjernen ved hjælp af små elektroder placeret på en persons hovedbund.
Enkeltcelleoptagelse: En metode til at måle aktivitet i en enkelt neuron ved hjælp af en mikroelektrode.
Mikroelektrode-array: En enhed, der indeholder mange rækker af bittesmå elektroder, der bruges til at måle hjernecelleaktivitet.
Interiktale epileptiforme udladninger: Store, tilfældige spidser i den elektriske aktivitet, der forekommer i neuronerne hos epileptiske patienter.
[1] Beres, A. M. 2017. Tiden er afgørende: en gennemgang af elektroencefalografi (EEG) og hændelsesrelaterede hjernepotentialer (ERP) i sprogforskning. Anvendt psykofysiol. biofeedb. 42:247-255. doi: 10.1007/s10484-017-9371-3
[2] Harris, K. D., Quiroga, R. Q., Freeman, J. og Smith, S. L. 2016. Forbedring af datakvaliteten i neuronale populationsoptagelser. Nat. Neurosci. 19:1165-1174. doi: 10.1038/nn.4365
[3] Chari, A., Thornton, R. C., Tisdall, M. M. og Scott, R. C. 2020. Mikroelektrodeoptagelser i human epilepsi: en sag for klinisk oversættelse. Brain Commun. 2:2. doi: 10.1093/braincomms/fcaa082
[4] Reed, C. M., Mosher, C. P., Chandravadia, N., Chung, J. M., Mamelak, A. N. og Rutishauser, U. 2020. Omfanget af modulering af enkeltneuronaktivitet ved hippocampale interiktale udladninger forudsiger deklarativ hukommelsesforstyrrelse hos mennesker. J. Neurosci. 40:682-693. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1380-19.2019
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.
…