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
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
