Ser du med din tunge? Hvordan hjernen bruger flere sanser på én gang

Udgivet: 30. november 2023

Forfattere

Richard Augenstein, Kayja Collett, Kaamya Mehra, Jay Hegdé

Mennesket har syv hovedsanser, som hver har sine egne unikke sanseorganer. Disse organer videresender forskellige former for information om omverdenen (syn, lyde osv.) til hjernen. Den information, som sanseorganerne videresender, bliver derefter kombineret i hele hjernen. Denne kombination af information fra flere sanser er kendt som multisensorisk integration, og det er sådan, sunde hjerner fungerer. Men for nogle mennesker med en tilstand, der kaldes synæstesi, kan aktivering af en enkelt sans (f.eks. synet alene) udløse flere fornemmelser som syn og lyd. Forskere undersøger, hvordan man kan bruge multisensorisk integration til at hjælpe patienter, der har mistet evnen til at bruge en af deres sanser. Hos blinde patienter kan man f.eks. bruge information fra en sund sans som berøringssansen til at kompensere for det nedsatte syn. Det er et spændende område for nuværende og fremtidig forskning.

De syv sanser

Menneskekroppen har syv primære sanser: syn, hørelse, smag, berøring, lugt, visceral sense, og vestibulærsans (figur 1A). De første fem er almindeligt kendte, men du har måske ikke hørt om de to sidste. Den viscerale sans består af sensorer i og omkring de indre organer, som giver dig mulighed for at fornemme, hvad der sker inde i din krop [1]. Det kan f.eks. være fornemmelsen af en fuld mave, genkendelse af et bankende hjerte eller følelsen af at skulle på toilettet. Det vestibulære system findes dybt inde i det indre øre, men det er ikke relateret til hørelsen. I stedet kommer det i spil, når vi bevæger os. Det er det system, der holder styr på balance, hastighed og bevægelsesretning [2]. Den vestibulære sans hjælper dig med at gå, løbe, stå på skateboard eller slå kolbøtter uden at falde.

Figur 1: (A) De syv sanser, afbilledet fra venstre mod højre, er: visceral, hørelse, smag, vestibulær, syn, lugt og berøring. (B) Oplevelse af Aristoteles’ illusion. Kryds din pegefinger og langfinger, og placer spidsen af en kuglepen imellem dem, som vist. Luk øjnene, og lad fornemmelsen af pennen synke ind. Hvor mange pennespidser kan du mærke? Mange kan mærke to. Nu åbner du øjnene. Hvor mange pennespidser kan du mærke? I dette tilfælde mærker du højst sandsynligt kun én pen på begge fingre. Dette viser, hvordan kombinationen af sanser (i dette tilfælde syn og berøring) kan føre til forskellige opfattelser af virkeligheden.

At bringe sanserne sammen: Aristoteles’ illusion

Hjernen kombinerer information fra alle syv sanser i en proces, der kaldes multisensorisk integration du kan demonstrere nogle af principperne for multisensorisk integration ved hjælp af en illusion, der først blev beskrevet af den græske filosof Aristoteles (384-322 f.Kr.). Kryds din pegefinger og langfinger, og rør forsigtigt ved figurernes skæringspunkt med spidsen af en pen, som vist i figur 1B. Når du kigger lige på det, vil du selvfølgelig mærke en enkelt pennespids. Men når du lukker øjnene eller beder en anden om at røre ved skæringspunktet mellem dine fingre, mens du holder øjet lukket, vil du sandsynligvis mærke to pennespidser!

Det sker, fordi det at krydse fingrene bringer dem ud af deres normale position – noget hjernen er opmærksom på ved hjælp af et aspekt af følesansen kaldet proprioception. Når dine øjne er lukkede, har hjernen ikke adgang til visuel information og må udelukkende stole på proprioceptiv information. Hjernen har svært ved at forestille sig, at pennen kan røre tommelfingersiden af pegefingeren og lillefingersiden af langfingeren på samme tid. Derfor regner hjernen med, at der må være to forskellige pennespidser, der rører ved hver af de to fingre.

Når dine øjne er åbne, bruger du stadig proprioception, men den visuelle information fortæller hjernen, at der kun er én pennespids. Hjernen “tror” på den visuelle information frem for den proprioceptive information, fordi hjernen i de fleste tilfælde har en tendens til at favorisere synet frem for andre sanser. Når dine øjne er lukkede, gør din hjerne sit bedste for at kombinere informationerne fra de andre, mindre favoriserede sanser, hvilket fører til en anden konklusion.

Hvordan kombinerer hjernen information fra flere sanser?

Vi tror ofte, at vores sanser fungerer uafhængigt af hinanden. Men selvom de kan fungere hver for sig, er hjernens naturlige funktion at bruge sanserne sammen til at opfatte verden nøjagtigt. Men hvordan gør hjernen det?

Multisensorisk integration foregår i en stor del af hjernen, hvor hver hjerneregion spiller en lidt anden rolle i processen. Den overordnede colliculus (SC) er et godt eksempel på, hvordan hjernen kombinerer information fra flere sanser. Vi har to SC’er: en på hver side, dybt inde i hjernen. Hver SC ligner en ærtestor bule og har to forskellige lag af hjerneceller kaldet neuroner der modtager visuel, auditiv (lydbaseret) og fysisk berøringsinformation. Overfladelaget modtager visuel information, mens det dybe lag modtager auditive input og fysiske fornemmelser [3]. Det fortæller os, at information fra flere sanser overlapper hinanden i SC. Men hvordan kombineres informationerne egentlig?

Svaret på dette kom fra en banebrydende undersøgelse fra 1983 [4], hvor forskere indsatte slanke, robuste metaltråde kaldet elektroder i SC hos katte og hamstere for at måle elektrisk aktivitet i individuelle SC-neuroner (Figur 2A) (disse dyreforsøgsprocedurer udføres kun, når det er absolut nødvendigt for at fremme videnskab og medicin til gavn for offentligheden. Alle forholdsregler tages for at minimere den smerte og det ubehag, dyrene føler). Forskerne fandt ud af, at et enkelt neuron ikke kun reagerede på både syns- og lydinformation, men at kombinationen af disse to sanser faktisk førte til endnu større elektrisk aktivitet, end man så med en af sanserne alene (figur 2B).

Figur 2: (A) For at forstå, hvordan hjernen kombinerer visuel og auditiv information, brugte forskerne elektroder indsat i hjernen på katte til at måle responsen fra individuelle SC-neuroner. (B) Grafen viser responsen fra et enkelt SC-neuron på visuelle (V) eller auditive (A) stimuli. Neuronets respons på begge stimuli præsenteret sammen (VA) var større end dets respons på V alene lagt sammen med responsen på A alene. Det vil sige, at responsen på VA-stimulussen blev forstærket med ca. 147% sammenlignet med en af stimulusserne alene. Det betyder, at neuronet signalerede specifikt, at begge typer information blev modtaget på samme tid.

Denne øgede respons fortæller hjernen, at både visuel og auditiv information blev modtaget på samme tid, hvilket gør det lettere for os at opfange vigtige stimuli, der sker omkring os. For eksempel er det lettere at genkende nogen i en menneskemængde, hvis man både ser dem og hører deres stemme, i stedet for kun at se dem eller kun høre dem. Neuroner som denne, der reagerer forskelligt afhængigt af, hvilken sans der stimuleres, hjælper altså hjernen med at kombinere information fra flere sanser. Neuroner i andre områder af hjernen kombinerer information fra andre sanser. Tilsammen hjælper alle disse neuroner hjernen med at kombinere information fra alle sanser.

Kan nogle mennesker virkelig høre farver?

Så nu ved vi, at vores sanser ikke er helt uafhængige af hinanden i hjernen. Selvom multisensorisk integration er en naturlig mekanisme i alle menneskers hjerner, er der et lille antal mennesker (ca. 3-4%), der udviser en meget unik forbindelse mellem sanserne kaldet synæstesi. Ved synæstesi udløser stimulering af en sans ikke kun den pågældende følelse, men også en separat følelse af en anden sans. Hos en person uden synæstesi aktiverer det f.eks. det auditive system at høre en lyd. Men en person med synæstesi (kaldet en synæstetiker), hvis hjerne forbinder det auditive og det visuelle system på en bestemt måde, vil høre en lyd og se en farve. Denne sensoriske forbindelse forbliver den samme gennem hele synæstetikerens liv.

Selvom synæstesi ikke giver nogen kendt evolutionær fordel for overlevelse, kan det give en stor kunstnerisk fordel. Mange geniale kunstneriske hjerner er kendt for at have synæstesi, herunder Pharrell Williams og Billy Joel [5]. Historikere mener nu, at Vincent van Gogh også var synæstetiker [5]. Alle disse tre berømte kunstnere har/havde en særlig form for synæstesi, der kaldes chromesthesia, som er associationen mellem lyde og farver. Som musikalske kunstnere “ser” Pharrell Williams og Billy Joel deres musik, så de kan danne melodier, der har behagelige farver. I tilfældet med van Gogh (1853-1890), en bemærkelsesværdig maler, dannede lyde billeder i hans sind, og han brugte sine talenter til at formidle dem på et lærred. Multisensorisk integration kan således gøre det muligt for synæstesier at skabe unikke ting, som de måske ikke ville have skabt, hvis de havde oplevet verden på en “almindelig” måde.

Brug tungen til at hjælpe blinde mennesker med at “se”

Forestil dig at være blind, men stadig være i stand til at “se” bogstaver, genstande og forhindringer. Lyder det umuligt? Et firma i Wisconsin (USA) har udviklet et medicinsk udstyr kaldet en tungedisplayenhed (TDU), som gør det muligt for blinde patienter at “se” [1]. Apparatet består af en håndholdt enhed, der er forbundet med et kamera og en tungestimulator. Patienten bærer kameraet på hovedet, normalt som en brille. Når kameraet registrerer et billede, reflekterer de små vibrerende prikker på tungestimulatoren billedet (figur 3A). Når patienterne ønsker at se, sætter de simpelthen TDU’en på tungen som en slikkepind (figur 3B, C). Tungen bruges, fordi den er meget mere følsom over for berøring end de fleste andre dele af kroppen [6]. De lysere dele af billedet giver stærkere fornemmelser på tungen, mens mørkere dele giver svagere fornemmelser. Ved at stimulere berøringssansen på denne måde kan den blinde person bruge fornemmelserne til at finde ud af, hvad de “ser”. Det gør det muligt for dem at læse, finde genstande, navigere gennem forhindringer og muligvis klare sig igennem livet med lidt hjælp.

Figur 3 – (A) Kameraet på en TDU optager et live feed af æblet. Patienten kan styre kameraets retning med den håndholdte enhed. TDU’en konverterer kamerabilledet til små vibrationer på tungen via sine 144 vibrerende sensorer. Vibrationernes styrke svarer til billedets lysstyrke – kraftigere impulser for lysere dele af billedet, svagere impulser for mørkere dele. (B) En blind patient bruger TDU til at registrere, hvilke redskaber og tallerkener der er foran ham. (C) En patient bruger en TDU til at navigere gennem en gang udelukkende baseret på fornemmelser, der modtages af tungen.

Både patienter, der er blinde fra fødslen, og dem, der udvikler synshandicap efter fødslen, kan bruge TDU’er. Men de, der er blinde fra fødslen, vil sandsynligvis have brug for mere øvelse, da de ikke har nogen visuel hukommelse af objekter. De fornemmelser, som TDU’en frembringer, er de samme for alle mennesker, men den måde, hjernen giver mening til dem på, er forskellig baseret på hver persons hukommelse. Blinde patienter rapporterer, at de opfatter scener med TDU meget levende, men det er umuligt at vide, om de fornemmelser, de oplever, svarer til det, alle andre ser. Muligheden for at fortolke visuelle fornemmelser uden at kunne se med øjnene er et stort gennembrud for behandlingen af handicap og kan muligvis endda bruges til at forbedre synet hos mennesker med normalt syn.

Konklusion

Der er stadig meget at opdage om, hvordan hjernen kombinerer information fra flere sanser, og hvordan vi kan drage fordel af denne hjernekapacitet til at hjælpe patienter med en eller flere defekte sanser. Dette vil sandsynligvis fortsat være et spændende forskningsområde, når nogle af dagens unge læsere bliver morgendagens banebrydende forskere.

Ordliste

Visceral sans: De fornemmelser, vi får inde fra vores kropshulrum, såsom mavesæk, brystsmerter eller behovet for at gå på toilettet.

Vestibulærsansen: Vores sans for balance og for forskellige aspekter af selvbevægelse, såsom hvor hurtigt vi bevæger os, og i hvilken retning.

Multisensorisk integration: Den proces, hvor hjernen sammensætter information, den modtager fra flere sanser, til en enkelt følelse.

Proprioception: Den naturlige bevidsthed om kroppens position og bevægelse.

Colliculus superior: Et lille organ på størrelse med en ært dybt inde i hjernen, et på hver side. Det hjælper blandt andet hjernen med at kombinere information fra flere sanser.

Neuron: En celle i hjernen eller nervesystemet, der kan overføre elektriske signaler, som gør det muligt for celler at kommunikere, eller som kan overføre fornemmelser fra sanserne til hjernen.

Synæstesi: En mental tilstand, hvor stimulering af en sanseevne opleves som stimulering af denne sanseevne og af en anden sanseevne.

Kromæstesi: En mental tilstand, hvor de, der har tilstanden, oplever lyde som både lyde og visuelle fornemmelser, såsom farve eller former.

Information om artiklen

Forfatter KC designede og tegnede figur 1A,B, 2A og 3A. RA, KC og KM blev støttet af Undergraduate Research Apprenticeship Program fra U.S. Army Educational Outreach Program. Forskning i JH’s laboratorium er blevet støttet af Army Research Office (ARO) grant #W911NF-15-1-0311 til JH. Figur 2B er tilpasset fra figur 15.4 i Calvert et al [4] med tilladelse fra The MIT Press; alle rettigheder forbeholdes. Vi vil også gerne takke BrainPort Vision for at levere billedet i figur 3B og University of Pittsburgh Medical Center for at levere billedet i figur 3C. Der blev indhentet skriftligt informeret samtykke fra den eller de pågældende personer til offentliggørelse af identificerbare billeder eller data, der indgår i denne artikel.
Forfatterne erklærer, at forskningen blev udført i fravær af kommercielle eller økonomiske relationer, der kunne opfattes som en potentiel interessekonflikt.

[1] De Lahunta, A., og Glass, E. (red.). 2009. “Chapter 16 – Visceral afferent systems,” in Veterinary Neuroanatomy and Clinical Neurology, 3rd ed. (Gainesville, FL: Saunders Elsevier), 441-447.

[2] Gray, L. 2020. Neuroscience Online. Houston, TX: University of Texas McGovern Medical School.

[3] Zubricky, R. D., og Das, J. M. 2022. Neuroanatomi, Colliculus superior. I StatPearls. Treasure Island, FL: StatPearls Publishing.

[4] Calvert, G., Spence, C., og Stein, B. E. 2004. Håndbog i multisensoriske processer. Cambridge, MA: MIT Press, xvii, 915.

[5] Engelsk, T. 2019. 9 berømte kunstnere, der har synæstesi, og hvordan det påvirkede dem. Tilgængelig online på: https://interestingengineering.com/lists/9-famous-artists-who-have-synesthesia-and-how-it-affected-them (tilgået 19. november 2023).

[6] Tenenbaum, D. 2016. En smag af vision: Enhed oversætter fra kamera til hjerne via tungen. Tilgængelig online på: https://news.wisc.edu/a-taste-of-vision-device-translates-from-camera-to-brain-via-the-tongue/ (tilgået 19. november 2023).

Augenstein R, Collett K, Mehra K og Hegdé J (2023) Ser du med din tunge? Hvordan hjernen bruger flere sanser på én gang. Forsiden. Young Minds. 11:995397. doi: 10.3389/frym.2023.995397
Daniel Wesson
Indsendt: 15. juli 2022; Accepteret: 8. november 2023; Offentliggjort online: 30. november 2023.
Copyright © 2023 Augenstein, Collett, Mehra og Hegdé

Læs videre

Du ser bolden flyve mod dig, kun en halv meter væk. Du sprinter for at gribe den, mens du pumper dine ben så hårdt, du kan. Du griber bolden og holder fast i den med fingrene. Så hører du pludselig din mors stemme kalde på dig. Det går op for dig, at det er tid til aftensmad, så du skynder dig hjem igen. Hvordan kan alt dette ske? Du ved selvfølgelig, at din hjerne styrer din krop, men hvordan ved den, hvad dine øjne ser, eller hvordan får den dine ben til at løbe? Din hjerne består af milliarder af celler, der kaldes neuroner. Dine neuroner bærer information i form af elektriske impulser. Neuronerne kommunikerer med hinanden og resten af din krop ved særlige mødepunkter, der kaldes synapser.

Vores hjerner er som utroligt komplekse puslespil med milliarder af brikker, der har vokset og udviklet sig, siden før vi blev født. Men vidste du, at små, hårlignende strukturer på vores celler kaldet primære cilier spiller en stor rolle i denne proces? Primære cilier fungerer som antenner, der hjælper vores hjerneceller med at kommunikere, rejse og endda opbygge forbindelser ved at styre samlingen af dette store puslespil. Men når de primære fimrehår ikke kan dannes ordentligt eller ikke kan fungere problemfrit, kan det påvirke udviklingen af mange organer, herunder hjernen. Forskere har fundet ud af, at kortere eller færre primære cilier er forbundet med tilstande, der kan påvirke hjernens udvikling, herunder en gruppe lidelser, der kaldes ciliopatier. Ved at forstå betydningen af primære cilier kan vi finde ud af mere om hjernens udvikling og den rolle, cilier spiller i samlingen af dette store puslespil.

Som mennesker kan vi bruge ord som “sulten” og “mæt” til at kommunikere, hvornår vi har brug for at spise i løbet af dagen. Men mus, som ofte bruges til at studere spiseadfærd i laboratoriet, kan ikke fortælle os, hvad de føler. Vi trænede mus til at fortælle os, om de var sultne eller mætte. Derefter tændte og slukkede vi for bestemte celler i et hjerneområde kaldet hypothalamus for at se, om disse specifikke celletyper kunne få en mus til at føle sig sulten eller mæt. Vores forskning viste, at når vi tændte for bestemte hjerneceller i et område kaldet hypothalamus’ bueformede kerne, fik det musene til at rapportere, at de var sultne, selv om de lige havde spist, og deres maver burde føles fyldte. Disse resultater giver os et fingerpeg om, hvordan hjernen arbejder med at kontrollere sult.

Nogle gange kan børn ikke bo hos deres biologiske (biologiske) forældre. Det kan være, fordi forældrene er syge eller ude af stand til at tage sig af deres børn på grund af de udfordringer, forældrene står over for. I sådanne tilfælde kan plejefamilier træde til og hjælpe. En plejefamilie er som en anden familie, hvor børn kan bo midlertidigt, eller indtil de bliver voksne. Plejeforældrenes opgaver er de samme som alle andre forældres: De leger med børnene, tilbyder følelsesmæssig støtte, hjælper med lektier, sørger for mad og drikke, og sørger for et trygt hjemmemiljø. Ikke desto mindre er det en stor forandring at flytte til en ny familie, og det kan være en udfordring. Nogle børn kan være vrede eller kede af det, have svært ved at stole på nye mennesker eller have oplevet slemme ting. Det vigtigste er dog, at børn og plejeforældre ikke er alene i disse situationer. Der er et stort team, kaldet familieplejesystemet, som sørger for, at børn og forældre har det bedst muligt.

Tak for din tilmelding.

Du modtager om et øjeblik en e-mail med et link, hvor du bekræfter tilmeldingen.

Med venlig hilsen
MiLife