Forfattere
Forestil dig, at din mor lige har bagt en pizza, og du straks tager en bid af den. Dårligt valg – den er virkelig varm, og du brænder din tunge! Du lærer en lektie af denne oplevelse, men hvad sker der i din hjerne? Når den brændende fornemmelse når hjernen, bliver nogle hjerneceller, kaldet neuroner, aktive og kommunikerer med hinanden. Takket være en proces, der kaldes synaptisk plasticitet, kan neuronerne øge styrken af deres kommunikation og lagre ny information. Næste gang din mor laver pizza, vil de samme neuroner, som var aktive første gang, begynde at tale igen, og du vil vide, at du skal vente på, at den køler ned, før du tager en bid. I denne artikel vil vi beskrive nogle af neuronernes egenskaber, og hvad der sker med disse celler, når du skaber nye minder. Vi håber, at du vil lære noget nyt og dele det med dine venner, som neuroner ville gøre det!
Hjernen er nok den mest komplekse og mystiske struktur i et levende væsen. Den menneskelige hjerne indeholder omkring 86 milliarder celler kaldet neuroner og endnu flere støtteceller – et imponerende antal celler! Hjernen styrer de fleste af kroppens aktiviteter: at bevæge sig, se, tænke, drømme, lagre minder og så videre.
En af hjernens mest utrolige evner er at lære. Ved du, hvor mange ting du har lært i dit liv? Da du var baby, lærte du mange ting for første gang, for eksempel ordene “mor” eller “far”, farver og dyrenavne. Så begyndte du at gå i skole og studere hundredvis af forskellige fakta (Hvad er hovedstaden i Italien? Hvornår blev Amerika opdaget? Hvor meget er 7 × 5?). Måske er du ved at lære at spille et instrument, eller hvordan man laver brownies. Din hjerne gemmer og henter al denne information, når du har brug for den i din hverdag. Men hvad sker der egentlig inde i hjernen, som får os til at lære og genkalde minder?
For at forstå læring er vi nødt til at træde et skridt tilbage og tale om neuroner og deres struktur. Der findes mange slags neuroner, men de har alle visse dele til fælles (figur 1). For eksempel har alle neuroner en hoveddel, der kaldes cellekroppen. Neuroner har også dendritter,som er korte, trælignende “grene”. Enderne af dendritgrenene har små fremspring kaldet post-synaptiske terminaler. Disse er neuronernes “ører” – de gør det muligt for neuronerne at modtage beskeder. Hver neuron har også en axon, som er en lang, rørlignende fiber, der kan være op til 2 meter lang (ca. 6 fod). For enden af axonet er der små strukturer, der kaldes præ-synaptiske terminaler. De er som “munden” på en neuron – de kommunikerer beskeder til andre neuroner i nærheden.
Som vi nævnte, “taler” neuroner med hinanden. Den neuron, der “taler”, kaldes den præ-synaptiske neuron, den neuron, der “lytter”, kaldes den post-synaptiske neuron, og kommunikationszonen kaldes synapse. Når den talende neuron vil sige noget til sin nabo, sender den et signal langs aksonet. Når signalet når frem til enden af aksonet, sendes en kemisk besked til de postsynaptiske terminaler i den lyttende neuron. På dette tidspunkt er der to muligheder: Hvis beskeden ikke er stærk nok, vil den lyttende neuron ikke kommunikere denne information til en anden neuron, men forblive tavs. Hvis beskeden er stærk, vil den lyttende neuron til gengæld blive en talende neuron, og beskeden vil bevæge sig fra dendritterne gennem cellekroppen til den præ-synaptiske terminal, hvor den vil blive kommunikeret til en anden neuron. Minder dette dig om legen med den “ødelagte telefon”?
Forestil dig, at du vil lære at spille guitar: Du er nødt til at lave de samme håndbevægelser igen og igen. Efterhånden som du bliver ved med at spille, vil dine håndbevægelser blive mere flydende, og du vil kunne spille hurtigere. Men hvis du holder op med at spille i et stykke tid og så tager guitaren op igen lidt senere, vil det sandsynligvis være lige så svært at spille, som det var, da du startede. Hvad sker der med hjernens neuroner under denne proces?
Neuroner har en bemærkelsesværdig egenskab kaldet synaptisk plasticitet hvilket giver dem evnen til at tilpasse antallet og størrelsen af deres præ-synaptiske og post-synaptiske terminaler i henhold til ændringer i deres kommunikation med andre neuroner (figur 2). Når du øver dig på at spille guitar, taler nogle neuroner mere, efterhånden som du lærer musikken, kontrollerer dine bevægelser og koordinerer din venstre og højre hånd. Det betyder, at de præ-synaptiske neuroner, der er involveret i at kontrollere disse handlinger, sender flere signaler til de post-synaptiske neuroner (bliver bedre til at tale), og de post-synaptiske neuroner kan forstørre eller øge deres antal af post-synaptiske terminaler (bliver bedre til at lytte) eller begge dele. Nye synapser dannes, neuronerne kommunikerer lettere, og det bliver lettere for disse neuroner at tale sammen i fremtiden. Hvis du holder op med at træne, holder denne gruppe neuroner op med at tale. De præ-synaptiske neuroner sender svagere signaler, og de post-synaptiske neuroner reducerer størrelsen og antallet af post-synaptiske terminaler.
På den måde kan man tænke på hjernen som en bunke modellervoks, der er i stand til at omforme sig selv afhængigt af de informationer, den modtager, og de bevægelser, den skal kontrollere.
Når du lærer at spille guitar, er passion og fokus de vigtigste motivationsfaktorer, der får dig til at blive ved med at øve og være ivrig efter at blive en god musiker. På samme måde skal neuroner være fokuserede for at blive ved med at tale.
I din hjerne er der milliarder af neuroner, der taler sammen på samme tid. Det er noget værre rod! Når du øver dig på at spille guitar ofte, får du nogle neuroner til at tale og lytte bedre. Men for at fokusere er du også nødt til at dæmpe stemmerne fra de neuroner, der er interesserede i at se tv eller tale om, hvad de skal spise. Så når du spiller guitar, øger de fokuserede neuroner lydstyrken på deres stemmer og taler mere effektivt indbyrdes sammenlignet med dem, der ikke er interesserede, som sænker lydstyrken på deres stemmer og blokerer for distraktion fra andre neuroner.
Synaptisk plasticitet gør fokuserede neuroner til bedre talere og lyttere, men hvis signalerne ikke er stærke og gentages over tid, vil neuronerne snart “miste interessen” og holde op med at tale. Deres præ-synaptiske og post-synaptiske terminaler skrumper tilbage til, hvordan de var før, og neuronerne glemmer måske endda deres samtale.
Hvis du spiller guitar i årevis, vil du til sidst, selv hvis du holder et års pause, stadig kunne huske, hvordan man spiller, hvis du tager en guitar op igen. Du er måske lidt rusten, men med bare en smule øvelse vil du være tilbage på dit tidligere niveau – meget hurtigere end da du lærte det første gang. Hvordan gør hjernen det?
Når de har talt med hinanden længe nok, begynder neuronerne at registrere og organisere den relevante information, der er indsamlet gennem kommunikationen, og omdanne den til en hukommelse. På dette tidspunkt bliver synapserne stabiliseret, hvilket betyder, at de fokuserede neuroner, der var i stand til at kommunikere tydeligt efter mange års øvelse, styrkes og forbliver aktive, mens neuroner, der ikke taler tydeligt, udelukkes fra denne samtale. Processen med at stabilisere nye synapser kaldes langtidspotentiering(LTP). Samtidig bliver det lettere at fokusere og ignorere baggrundsstøjen. De postsynaptiske terminaler, hvis opgave det var at lytte til denne baggrundsstøj, bliver mindre og forbliver sådan. Denne proces kaldes long-term depression (LTD). Disse processer koordineres af proteiner, der har til opgave at holde synapsen stabil. De fleste proteiner produceres i neuronernes cellekrop, hvor de specialiserede proteinproduktionsfabrikker kaldet ribosomer er placeret (figur 3). Men under hukommelsesdannelsen er der brug for proteiner i de fokuserede synapser. Interessant nok har forskere taget fotografier af dendritter, der viser, at de har proteinfabrikker der såvel som i cellekroppen. Det betyder, at de specialiserede proteiner, der hjælper os med at danne hukommelse, er klar til at blive leveret, når og hvor der er brug for dem [1, 2].
For at opsummere: De nye minder, du tilegner dig, eller de nye færdigheder, du lærer, skabes af de synapser, der dannes og stabiliseres, mens du lærer. Når du for eksempel har lært at spille en bestemt guitarakkord, dannes der nye synapser i din hjerne. Hver gang du spiller den akkord, vil disse synapser være aktive og styre dine hænders bevægelser på guitaren. Selvom det stadig ikke er særlig godt forstået, står det klart, at proteinproduktion i hjernen er nøglen til indlæring [3]. Nogle sygdomme har indlæringsvanskeligheder til fælles, og forskerne har fundet ud af, at det kan skyldes, at ribosomerne i neuronerne fungerer dårligt [4]. At studere, hvilke proteiner der produceres i hjernen, og hvad der udløser deres produktion, kan hjælpe os med at forstå grundlaget for hukommelse. Denne viden kan i sidste ende hjælpe os med at behandle sygdomme, der forårsager indlærings- eller hukommelsesproblemer.
Dendrit: Kort, forgrenet fiber, der strækker sig fra neuronets cellekrop, med den funktion at modtage signaler fra andre neuroner.
Postsynaptisk terminal: Lille struktur for enden af dendritten, som repræsenterer neuronets receptive sted. Her modtages beskeder i form af kemiske signaler fra en anden neuron.
Axon: Langt kabel, der udgår fra neuronets cellekrop. Beskeder fra neuronet bevæger sig langs dette kabel for at blive modtaget af andre neuroner.
Præ-synaptisk terminal: Lille struktur for enden af aksonet, som repræsenterer neuronets kommunikationssted. Her sendes beskeder i form af kemiske signaler til en anden neuron.
Synapse: Struktur afgrænset af en præ-synaptisk og en post-synaptisk terminal, hvor kommunikation mellem neuroner finder sted: her overføres signalet fra den præ-synaptiske neuron til den post-synaptiske neuron.
Synaptisk plasticitet: Proces, hvor neuroner omformes for at tilpasse sig de signaler, der når hjernen, hvilket resulterer i en styrkelse af de forbindelser, der lagrer noget indlært som en hukommelse.
Langtidspotentiering: Form for synaptisk plasticitet, hvor neuronal kommunikation forbedres på lang sigt, hvilket resulterer i permanente ændringer i neuronal struktur. Dette sker, når minder dannes.
Langtidsdepression: Form for synaptisk plasticitet, hvor neuronal kommunikation reduceres på lang sigt, hvilket resulterer i permanente ændringer i neuronal struktur. Dette sker for neuroner, der ikke kommunikerer effektivt.
[1] Rangaraju, V., Tom Dieck, S., og Schuman, E. M. 2017. Lokal oversættelse i neuronale rum: hvor lokalt er lokalt? EMBO Rep. 18:693-711. doi: 10.15252/embr.201744045
[2] Sutton, M. A., og Schuman, E. M. 2006. Dendritisk proteinsyntese, synaptisk plasticitet og hukommelse. Cell 127:49-58. doi: 10.1016/j.cell.2006.09.014
[3] Schafe, G. E., og LeDoux, J. E. 2000. Hukommelseskonsolidering af auditiv pavlovsk frygtkonditionering kræver proteinsyntese og proteinkinase A i amygdala. J. Neurosci. 20:RC96. doi: 10.1523/JNEUROSCI.20-18-j0003.2000
[4] Kelleher, R. J., 3rd, og Bear, M. F. 2008. Den autistiske neuron: besværlig oversættelse? Cell 135:401-6. doi: 10.1016/j.cell.2008.10.017
Vi ved alle, at børn og voksne nogle gange lyver – men hvornår lyver de typisk, og i hvilket omfang? Og hvordan kan vi overhovedet studere løgne videnskabeligt, når folk gør så meget for at skjule dem? I denne artikel præsenterer vi forskning om løgne fra både videnskabslaboratoriet og den virkelige verden. De vigtigste fund fra psykologi og økonomi viser, at mange mennesker er villige til at lyve for at opnå noget, f.eks. penge, men at de normalt nøjes med relativt små løgne. Vi forklarer, hvordan menneskers behov for at føle sig som gode mennesker i deres egne øjne og i andres øjne begrænser de løgne, de fortæller. Endelig forklarer vi, hvordan indsigter fra denne forskning kan bruges til at mindske uærlig adfærd i verden.
…
Sukker findes næsten overalt. Du kan finde det i dine yndlingssnacks, såsom slik, kager, is eller sodavand. Men sukker er også skjult i ting, du måske ikke forventer, såsom yoghurt, morgenmadsprodukter eller endda brød. I denne artikel vil du lære mere om, hvordan sukker sniger sig ind i vores daglige mad, dets virkninger på vores krop og sind, og hvordan du kan spotte det, så du kan træffe klogere valg for at opretholde en sund kost.
…
Har du nogensinde prøvet at kaste en bold så hurtigt som en professionel baseballkaster? Professionelle baseballkastere kaster over 160 km/t! Det er næsten lige så hurtigt som en bil, men de kan gøre det uden en motor. Hvordan kan de kaste så hurtigt, og hvad er videnskaben bag dette? I denne artikel vil du opdage, at du skal bruge hele din krop for at kaste så hurtigt og sikkert som muligt. Kastet starter ved dine fødder, og energien bevæger sig gennem benene, hofterne, overkroppen og armen, før du slipper bolden. For at bevæge disse kropsdele er musklerne vigtige – især musklerne omkring brystet. Disse muskler accelererer din arm, men holder også skulderen i den rigtige position. At kaste med høj hastighed kan medføre skader omkring albuen og skulderen, og ingen atlet ønsker skader. Ved at forstå menneskets bevægelser kan vi forsøge at forbedre kasteres præstationer og reducere skader i sportsgrene som baseball.
…
Proximale humerusfrakturer er en type brud på den øverste del af overarmen, der opstår tæt på skulderen. På grund af særlige bruskområder tæt på enden af hver knogle, kaldet vækstplader, har børn en bemærkelsesværdig evne til at vokse og hele deres knogler. I en undersøgelse af proksimale humerusfrakturer hos børn i alderen 10-16 år sammenlignede lægerne resultaterne hos børn, hvis proksimale humerusfrakturer blev repareret med kirurgi, med dem, der ikke blev opereret. Vi fandt ud af, at der 6 måneder efter skaden ikke var nogen forskel i smerte, bevægelse, funktion eller humør mellem børn, der blev opereret, og børn, der ikke blev opereret. Dette er en spændende opdagelse, der betyder, at det hos børn, hvis vækstplader stadig er åbne, er muligt at undgå de risici, der er forbundet med kirurgi, og helbrede proximale humerusfrakturer uden operation.
…