Forfattere
At navigere i rummet omkring os er en af de mest grundlæggende og afgørende evner, som mennesker og andre dyr har. Denne evne er så naturlig, at vi normalt gør det nemt uden at tænke over det. Selvom det virker ubesværet at finde vej gennem vores omgivelser, kræver det faktisk en kompleks og fascinerende mekanisme – navigationssystemet i hjernen. I denne artikel vil vi udforske en stor gruppe af celler, der er en del af dette navigationssystem, kaldet stedceller. Mens du læser, vil du opdage, hvordan egenskaben nysgerrighed hjælper hjernens navigationssystem, og du vil lære nogle vigtige ting af taxachauffører i London!
Professor John O’Keefe vandt Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 2014 sammen med professor May-Britt Moser og professor Edvard Moser for opdagelsen af celler, der udgør et positioneringssystem i hjernen.
Når du tænker på at navigere fra et punkt til et andet, hvad er så det første, du kommer til at tænke på? Er det GPS-systemet i din smartphone? Eller måske det feltkort, som du fik på din sidste tur med spejderne? Hvis du tænker over det, er navigation noget, du gør hele tiden – selv når du går tur med din hund eller går ned ad gaden for at købe din yndlingsgodbid hos den lokale købmand. Din hjerne bruger sit navigationssystem, selv om du ikke bevæger din egen krop, men snarere kører i en bus, et tog eller en bil. Har du nogensinde undret dig over, hvordan dette interne navigationssystem fungerer? Hvordan genkender folk bestemte steder, og hvordan kommer vi fra et sted til et andet?
Det første princip, vi skal være opmærksomme på, før vi taler om hjernens navigationssystem, er forskellen mellem ruter og kort. En specifik rute refererer normalt til en vej, der forbinder en persons aktuelle placering med et andet relevant sted. Du kan tænke på en rute som et sæt instruktioner, der fører en person til et ønsket sted ved hjælp af landemærker. For eksempel ved du måske, at hvis du går ned ad din gade, drejer til venstre ved det første hjørne og derefter til højre i nærheden af den lokale Starbucks-kaffebar, så kommer du til købmanden. Hvis du vil købe en godbid hos købmanden, kan du bare følge disse instruktioner og pejlemærker uden at skulle kende afstanden mellem dit hjem og købmanden, eller hvilke andre gader og butikker der er i nærheden.
Men hvad ville der ske, hvis enden af din gade blev blokeret af byggearbejde? Eller hvad hvis Starbucks blev erstattet af en tøjbutik? Ville du stadig kunne komme fra dit hus til købmanden, hvis du bare vidste, hvordan du skulle følge det sæt instruktioner, der er beskrevet ovenfor? Svaret er nej, du ville have brug for et kort for at komme hen til købmanden under de nye forhold. Dette er nøglen til at forstå hjernens navigationssystem. Som du nu forstår fra eksemplet med købmanden, skal din hjerne have en intern repræsentation af de relevante steder samt af relationerne mellem disse steder for at kunne navigere gennem verden. Denne repræsentation, som udgør et mentalt kort af dine omgivelser, giver dig mulighed for at navigere i verden på en fleksibel måde – hvor du kan bruge mange ruter til at nå det samme sted. Denne fleksibilitet er så vigtig, at dyr ofte vælger at navigere ad forskellige ruter frem for blot at bruge den mindre krævende metode med at følge én kendt rute. Med andre ord er mentale kort den foretrukne strategi, som dyrenes hjerner bruger til at navigere gennem rummet omkring dem.
Dette mentale kort over steder i omgivelserne dannes i hjernen ved hjælp af særlige celler, der kaldes place cells. [1]. Stedceller findes i et hjerneområde kaldet hippocampus (figur 1A). Det viser sig, at hver stedcelle reagerer på en bestemt placering i verden. Det betyder, at når et dyr strejfer omkring, bliver en bestemt stedcelle aktiv, når dyret befinder sig et bestemt sted i rummet (figur 1B).
Her er et eksempel fra det virkelige liv, der viser, hvordan stedcellernes aktivitet skaber et kort i hjernen. Når du går rundt et bestemt sted i dit nabolag, for eksempel i parken nær dit hjem, bliver en bestemt gruppe af stedceller aktive, hvor hver celles aktivitet er baseret på din specifikke placering i parken. Når du går rundt et andet sted i dit nabolag, f.eks. i din skolegård, bliver en anden gruppe af stedceller aktive, hver celle på et andet sted i gården (figur 2A). Denne aktivitet af stedceller i din hippocampus gør det muligt for dig at skabe et mentalt kort over dit nabolag (figur 2B) [2].
For tyve år siden, før vi fik smartphones med GPS, navigerede folk ved hjælp af deres egen hukommelse. En befolkningsgruppe, der brugte navigationsevner oftere end andre, var taxachauffører! Dengang kørte taxachaufførerne deres passagerer fra et sted til et andet på den mest effektive måde, baseret på deres mentale kort over byen og deres erfaring med trafikforholdene på bestemte tidspunkter af dagen. En undersøgelse udført i 2000 viste, at en bestemt del af hippocampus hos taxachauffører i London var større end hos folk, der ikke navigerede så meget gennem byen [3]. Det var et vigtigt bevis på, at hippocampus er en del af hjernens navigationssystem. Det blev yderligere påvist, at hippocampus hos taxachauffører kun forblev større, så længe chaufførerne navigerede ud fra hukommelsen. Dette hjerneområde skrumpede tilbage til normal størrelse, hvis chaufførerne stoppede denne aktivitet.
Nu hvor vi ved, at hjernen danner et internt kort over miljøet omkring os ved hjælp af stedceller, så lad os tænke på konstruktionen af dette interne kort fra en anden vinkel. For at konstruere et kort over omgivelserne skal et dyr bevæge sig rundt og udforske forskellige områder af sine omgivelser. Men hvad ville motivere dyret til at gøre det? Man skulle måske tro, at dyret ville være motiveret af sult eller tørst, men det viser sig, at dyr udforsker deres omgivelser endnu mere, når de ikke er sultne eller tørstige (figur 3) [4]!
Så hvad, ud over sult og tørst, kan motivere et dyr til at bevæge sig rundt i sine omgivelser? Her er et hint: Hvad føler du, når du ankommer til et nyt sted? Du har sikkert gættet det – du oplever nysgerrighed! Nysgerrighed er en meget stærk motivator, og den får dyr til at bevæge sig rundt i deres omgivelser. Med andre ord er nysgerrighed en del af vores natur som dyr, og det er en del af systemet til opbygning af mentale kort. Forskere mener, at nysgerrighed blev skabt af evolutionen for at drive os til at udforske vores omgivelser, så vi kunne opbygge mentale kort over dem – hvilket hjælper os med at navigere i verden. Hvis man tænker over det, er det nysgerrighed, der motiverer os til at tilegne os ny information, så det er interessant at spekulere på, om denne ældgamle evolutionære impuls til at navigere i vores omgivelser også i sidste ende førte til, at vi blev interesserede i (og nysgerrige på) vores yndlingshobbyer, færdigheder eller håndværk!
Lad os overveje en interessant og kompleks filosofisk gåde: Opbygger vi vores mentale repræsentationer af rum baseret på vores omgivelser, som de faktisk er i omverdenen, eller skaber vi det fysiske rums egenskaber baseret på en mental model af rum, som vi er født med?
Personligt støtter jeg den anden mulighed, som er i tråd med ideerne hos den berømte filosof Immanuel Kant og psykologen Edward Tolman. Ifølge denne tilgang fødes vi med et sæt hjernestrukturer, der organiserer verden for os på en meget specifik og elementær måde, så vi kan få mening ud af de informationer, vi opfatter om verden gennem vores sanser. Med andre ord er hjernen organiseret og bygget til at opleve verden på en bestemt måde; den bruger en bestemt “linse” eller et “vindue”, hvorigennem vi opfatter verden, som vi gør. Denne tilgang betyder, at vi opfatter rum på en bestemt måde, fordi vores hjerner er bygget på en bestemt måde – ikke fordi omverdenen i sig selv er struktureret på den måde, vi opfatter den. Jeg indrømmer, at det er et svært begreb at forstå, så tag dig god tid, tænk over det, og se, hvor det fører dig hen.
Jeg vil gerne fortælle dig en personlig historie og dele nogle indsigter, der er skabt af vores nuværende forståelse af hjernen. Jeg klarede mig meget dårligt i gymnasiet, så da jeg var 18 år gammel, var jeg nødt til at tænke over min fremtid og beslutte, om jeg ville acceptere, at jeg var en fiasko. Jeg besluttede, at jeg var nødt til at tage ansvar for at opbygge min egen personlighed og mit eget liv, og at jeg ikke kunne skyde skylden for min fiasko på verden. Jeg råder dig til at gøre det samme – og til at forstå, at hjernen er et meget aktivt organ. Vi bruger meget tid på at beslutte, hvad vi skal gøre, hvilken information vi skal tage ind, hvordan vi skal håndtere den information, og hvordan vi skal fortolke den. Det betyder, at vi kan tage ansvar for og kontrol over mange af vores handlinger – og deres resultater.
Med inspiration fra hjernens navigationssystem mener jeg desuden, at man bør se på sig selv og sin situation og forsøge at planlægge, hvor man gerne vil hen – hvilket ikke nødvendigvis stemmer overens med, hvor man er nu. Man kan bruge hjernens navigationssystem som en metafor for at finde vej gennem livet. Når du befinder dig et bestemt sted i din livsbane, kan du prøve at beslutte, hvilken retning du vil gå. Det er ikke sikkert, at du kommer i mål – du vil måske opdage, at der er alle mulige vejspærringer – men det er stadig en god måde at organisere dit liv og træffe beslutninger på. Husk, at mange ruter kan føre til den samme destination! Så vær fleksibel, især når du støder på forhindringer, der afleder dig fra din oprindelige rute.
For at være en god videnskabsmand skal man have et vist objektivt syn på verden, og man skal være parat til at ændre mening alt efter beviserne. Videnskab er ikke for alle, for nogle mennesker bryder sig ikke om den usikkerhed, der ligger i at beskæftige sig med uventede sandheder. Men for dem, der nyder denne type rejse, er det at være videnskabsmand en af de mest givende, spændende og tilfredsstillende karrierer, jeg kender til (figur 4). Det er som at leve i en uendelig detektivhistorie, hvor hver gang man løser et mysterium, dukker der en hel masse andre interessante problemer op!
Tricket er at vælge et vigtigt videnskabeligt område og et problem inden for dette område, som kan løses med de tilgængelige værktøjer – eller et problem, som du kan opfinde nye værktøjer til, der kan gøre det muligt at løse. Så vil du af og til blive belønnet med spændingen ved at indse, at du har opdaget noget vigtigt om, hvordan verden fungerer – noget, der kan påvirke en masse menneskers ideer og måske endda deres liv. Denne form for indflydelse er helt sikkert en af ingredienserne i et vellykket og lykkeligt liv.
Mentalt kort: En repræsentation af steder i verden og deres forhold til hinanden, som konstrueres i hjernen, når et dyr udforsker sit miljø.
Place Cells: Nerveceller i hjernen, der hjælper med at konstruere et mentalt kort. De er placeret i hippocampus og bliver aktive, når et dyr befinder sig et bestemt sted i sine omgivelser.
Hippocampus: Et søhesteformet område dybt inde i den midterste del af hjernen, mellem ørerne. Det indeholder en vigtig del af hjernens navigationssystem i form af stedceller.
[1] O’Keefe, J. 1976. Stedsenheder i hippocampus hos den frit bevægelige rotte. Exp. neurol. 51:78-109.
[2] O’Keefe, J., og Dostrovsky, J. 1971. Hippocampus som et rumligt kort: foreløbige beviser fra enhedsaktivitet i den frit bevægende rotte. Brain Res. 34:171-5. doi: 10.1016/0006-8993(71)90358-1
[3] Maguire, E. A., Gadian, D. G., Johnsrude, I. S., og Frith, C. D. 2000. Navigationsrelaterede strukturelle ændringer i hippocampi hos taxachauffører. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 97:4398-403. doi: 10.1073/pnas.070039597
[4] O’keefe, J., og Nadel, L. 1979. Præcis af O’Keefe & Nadel’s. Hippocampus som et kognitivt kort. Behav. Brain Sci. 2:487-94.
Mange tenniskampe finder sted i varme omgivelser, når solen skinner. Tennisspillere skal derfor træne i varmen for at lære at præstere under varme forhold. Selvom de måske får rådet til at bære lyst tøj, bærer mange spillere sorte T-shirts under træning og kampe. Denne undersøgelse, der blev gennemført med unge, dygtige tennisspillere, undersøgte, om T-shirtens farve (sort eller hvid) havde nogen indflydelse på spillerne. Under to træningskampe i varmen (32 °C) målte vi luft- og T-shirt-temperaturen, hvor hårdt spillerne følte, at de arbejdede, hvor komfortable de følte sig med omgivelserne, og hvor trætte de følte sig. Resultaterne viste, at når man spiller tennis udendørs i varmen, har T-shirtens farve ingen indflydelse på fysiske faktorer som temperatur. At bære en sort T-shirt kan dog have en negativ indflydelse på mentale faktorer ved at øge atleternes følelse af at arbejde hårdt, træthed og ubehag.
…
Børn har brug for at bevæge sig. Bevægelse af kroppen kaldes også fysisk aktivitet. Fysisk aktive børn har sundere kroppe og sind. Når børn er fysisk aktive, hjælper det deres kroppe og sind med at føle sig godt tilpas. De fleste børn opfylder ikke de nationale anbefalinger for fysisk aktivitet. Skoler er et godt sted at hjælpe børn med at bevæge sig mere. En måde at gøre dette på er at give børnene mulighed for at være fysisk aktive i klasseværelset. Når børn er fysisk aktive i klasseværelset, kaldes det bevægelsesintegration. Når børn sidder for længe, kan de føle sig triste og ensomme, men når lærerne bruger bevægelsesintegration, føler børnene sig gladere og klar til at lære. I denne artikel vil vi tale om, hvorfor bevægelsesintegration er vigtigt, og hvordan det kan hjælpe børn med at klare sig bedre i skolen.
…
Cerebral synshandicap (CVI) er en synsforstyrrelse forårsaget af hjerneskade, der gør det vanskeligt at behandle information fra øjnene. Selvom deres øjne fungerer fint, har børn med CVI ofte svært ved at finde og genkende objekter, især på rodede eller travle steder. Klinikere, såsom øjenspecialister (der studerer øjne og synsfunktioner) og neuropsykologer (der studerer hjernefunktioner), arbejder på at identificere børn med CVI og støtte dem, hvis de har det. En nyttig test er en visuel søgeopgave, der viser, hvordan børn leder efter ting. Hvorfor er det svært for børn med CVI at søge? Videnskabelige forskere bruger værktøjer som øjenregistrering, der viser, hvor børn kigger hen under en søgning, og hjerneafbildning, der hjælper dem med at forstå, hvordan dele af hjernen arbejder sammen. Ved at kombinere klinisk praksis og videnskabelig forskning kan vi bedre forstå, hvordan børn med CVI oplever verden, og finde nye måder at hjælpe dem i dagligdagen.
…
Forestil dig at kunne styre dit yndlingsvideospil ved blot at tænke på det! Det lyder måske som science fiction, men denne utrolige teknologi er ved at blive en realitet takket være hjerne-computer-grænseflader (BCI’er). BCI’er muliggør kommunikation mellem hjernen og et kunstigt apparat. Forestil dig din hjerne som en kraftfuld maskine, der sender elektriske signaler, når du vil gøre noget, f.eks. styre en robotarm med tankerne, efter at du har mistet evnen til at bevæge dine hænder. BCI’er overfører hjernesignaler til en computer, som derefter lærer at forstå disse signaler og oversætte dem til instruktioner, der styrer enheden. I denne artikel udforsker vi en verden, hvor sind og maskiner interagerer, og hvor mulighederne kun er begrænset af vores fantasi.
…