Hjernecellene endrer seg under l?ring

Mange medikamenter mot nevrologiske lidelser har bivirkninger. N?r vi f?r st?rre forst?else av den friske hjernen, kan vi lage bedre medisiner mot disse lidelsene, poengterer f?rsteamanuensis Marianne Fyhn p? Institutt for molekyl?r biovitenskap ved Universitetet i Oslo. Hun leder en ny forskergruppe som studerer hvordan hjernen forandrer seg under l?ring.

Ny forskning viser at hjernecellene endrer kontaktpunkter under l?ring. Marianne Fyhn tar n? et dypdykk i hjernen for ? vise hvordan dette skjer. 澳门葡京手机版app下载en hennes kan vekke like stor oppmerksomhet som doktorgraden hennes for to ?r siden. Da fant hun stedsansen i hjernen. Doktoravhandlingen ble den gang k?ret til verdens beste av den amerikanske organisasjonen Society for Neuroscience.

For ? forst? den nye forskningen hennes, m? Apollon sveipe innom doktorgraden hennes.

Fant stedsansen

Det var lenge en vedtatt sannhet at stedsansen er lokalisert i hippocampus, som ligger dypt inne i tinninglappen i storhjernen. N?r hippocampus skades, f?r man problemer med hukommelsen og slike enkle ting som ? finne veien hjem igjen.

Da Marianne Fyhn brukte elektroder for ? m?le aktiviteten til hjernecellene i hippocampus p? rotter, gjorde hun en banebrytende oppdagelse. Rottene ble trent til ? f? bel?nning n?r de kom til et bestemt sted i en labyrint. Det viste seg at hjernecellene i hippocampus dannet et stabilt kart over hele labyrinten. Da hun endret plasseringen der rottene kunne f? bel?ning, endret ogs? hjernekartet seg.

¨C En hjernecelle som var aktiv for et helt bestemt omr?de i labyrinten, ble n? plutselig aktiv i et helt annet omr?de.

Og enda viktigere: Fyhn slo fast at stedsansen ikke var lokalisert i hippocampus, men i naboomr?det entorhinal cortex.

Ettersom det er sv?rt krevende ? unders?ke denne delen av hjernen med elektroder, har dette omr?det n?rmest v?rt en hvit flekk for hjerneforskere.

Perfekt symmetri

Da Fyhn m?lte responsen fra hjernecellene i entorhinal cortex, oppdaget hun at de samme hjernecellene var aktive hver gang rottene befant seg p? et bestemt, geografisk punkt. Og som om dette ikke var nok:

¨C Avstanden mellom aktivitetsfeltene var konstant og dannet et perfekt symmetrisk m?nster. Det var faktisk mulig ? plassere likesidete trekanter mellom alle aktivitetsfeltene. Vi d?pte disse omr?dene til grid-celler fordi de dannet et rutenett over omgivelsene, akkurat som lengde- og breddegradene p? et kart.

Uansett om rottene beveget seg i en boks p? en ganger en meter eller to ganger to meter, var avstanden mellom aktivitetsfeltene konstant.

¨C Vi fant med andre ord hjernens kart og kompass. Hjernens minnesenter, hippocampus mottar informasjonen fra disse grid-cellene og setter sammen denne informasjonen til komplekse minner, forteller Marianne Fyhn.

Ingen hadde sett noe slikt f?r.

N? vil Marianne Fyhn ta et steg videre. Hun vil vite hva som skjer i hjernen n?r man kommer til et nytt sted og skal lage og lagre nye kart og minner.

¨C Vi vet veldig lite om hvordan dannelsen av nye minner p?virker hjernecellene. Dette har med hukommelse ? gj?re. Vi vil derfor gjerne vite hvordan hjernen skaper nye minner.

Kontaktpunktene i hjernecellene endrer seg

Fridtjof Nansen p?viste i sin tid, som professor i zoologi, at hjerneceller har kontaktpunkter med hverandre, men at det likevel fins en liten avstand mellom dem. Alle hjerneceller har lange utl?pere, som tentaklene fra en brennmanet. Hver av dem har titusenvis av kontaktpunkter med andre hjerneceller. Det er via disse kontaktpunktene at hjernecellene kommuniserer med hverandre.

¨C Barn l?rer voldsomt raskt, og slagpasienter har evnen til ? komme tilbake igjen til normal funksjon. Ny forskning tyder p? at det skjer en del endringer i kontaktpunktene mens man l?rer.

Mikroskopi av levende hjerner

Bakgrunnen for denne oppdagelsen er en helt ny teknikk. F?r i tiden m?tte forskerne avlive rotter og sammenligne hjernene til de rottene som ble trent opp til en bestemt oppgave og til dem som slapp denne opptreningen.

¨C Med den metoden var det nesten umulig ? f? et godt bilde av hvordan kontaktpunktene hele tiden dannes og forsvinner. Med  den nye teknologien er det derimot mulig ? se p? endringene mens de skjer, uten ? avlive dyrene. Men det er utfordrende ? mikroskopere v?kne dyr. Rottene v?re l?per p? en ball mens vi unders?ker hjernen i et lasermikroskop. For at hjernen skal st? helt st?tt, er rottehodet festet til en liten metallplate. Ved ? se p? de samme utvalgte hjernecellene og kontaktpunktene dag for dag, kan vi se endringer i hjernen. Der er vi n?.

Lasermikroskopet har kostet 3,6 millioner kroner og er s? stort at det fyller et dobbeltkontor p? Blindern. Med lasermikroskopet er det mulig ? se en halv millimeter ned i hjernen. Det er ikke mye. Forskerne kan derfor bare bruke mikroskopet til ? se inn i de aller ?verste lagene av hjernebarken.

For ? se inn i hjernen har UiO-forskerne operert inn et to millimeter bredt hull i hjerneskallen p? fors?ksrottene og tettet igjen hullet med et glassvindu. Da kan de ta frem de samme rottene og se hvordan kontaktpunktene i hjernecellene utvikler seg dag for dag. Kontaktpunktene er bare en til tre mikrometer brede. En mikrometer er en tusendels millimeter.

¨C Vi er ikke sikre p? om utl?perne fra hjernecellene vokser, men vi vet n? at det dannes nye kontaktpunkter p? utl?perne og at noen kontaktpunkter endrer st?rrelse.

Neste skritt er ? finne den molekyl?re forklaringen.

¨C N?r vi har den grunnleggende kunnskapen om hva som skjer i hjernen, kan kunnskapen brukes til ? fremstille bedre og mer effektive medisiner mot nevrologiske lidelser og skader, forteller Marianne Fyhn.

Opererer hjernen i rottefostre

For ? kunne studere endringene i hjernecellene, har forskerne spr?ytet inn et fluorescerende stoff i bestemte omr?der i rottehjernen. Stoffet f?r hjernecellene til ? produsere selvlysende proteiner. Det spesielle proteinet f?r hjernecellene til ? lyse opp i lasermikroskopet.

For at det fluorescerende stoffet skal havne p? rett sted i hjernen, m? stoffet spr?ytes inn p? et helt bestemt tidspunkt mens rotten fortsatt er et foster i livmoren til mammaen sin. Forklaringen er at ulike deler av hjernen dannes p? helt bestemte dager i fosterutviklingen.

Merkingen av hjernecellene krever presis nennsomhet. Forskerne legger den drektige rottemoren i dyp narkose, ?pner buken og tar ut livmoren.

¨C Embryoene ligger som perler p? en snor i den gjennomsiktige livmoren.

Med en syltynn pipette injiserer de det fluorescerende stoffet i hulrommet i hjernen. Stoffet inneholder en DNA-kode. DNA-et programmerer hjernecellene til ? lage selvlysende proteiner. DNA er negativt ladet. Ved ? sende ut en svak elektrisk str?mpuls, vil DNA-et bli drevet gjennom cellemembranen og inn i hjernecellene.

¨C S? legger vi fostrene varsomt tilbake i morens bukhule f?r vi syr igjen. Ungene f?des p? vanlig m?te.

Sjekker synsbarken

Det store sp?rsm?let til Fyhn er hvordan kortvarige erfaringer kan skape langtidsminner.

Ettersom lasermikroskopet bare kan brukes til ? se ned i de ?verste omr?dene i hjernen, kan hun bare bruke teknologien p? de omr?dene av hjernen som ligger aller n?rmest skallen.

Hippocampus og entorhinal cortex, som er de viktige sentrene for l?ring og hukommelse, er sv?rt vanskelige ? n? med mikroskop. Det er dessuten sv?rt komplisert ? m?le hva som for?rsaker minnene, ettersom disse hjernesentrene mottar
informasjon fra alle sansene v?re.

¨C Det er derimot langt lettere ? kontrollere sanseinntrykkene som kommer inn til synshjernebarken. Det holder ? lukke ?ynene. Samtidig ligger synshjernebarken lagelig til rett under skalletaket og er av den grunn ideelt egnet for mikroskopering.

Fyhn bruker derfor synssenteret som vitenskapelig modell.

¨C Hvis du vil vite hva som skjer med l?ringen, kan du se p? hva som skjer n?r synsinntrykkene endrer seg. Synssystemet er p? et meget lavt niv? i hjernen, og de sanseinformasjonene som kommer hit, er derfor lette ? kontrollere.

V?ken tilstand

Synssenteret kommuniserer med andre deler av hjernen. For ? se sammenhengen mellom synshjernebarken og hukommelsessenteret, m?ler forskerne samtidig hva som skjer i hippocampus med elektroder.

Dagens kunnskap om hvordan hjernecellene bearbeider synsinntrykk, stammer fra dyr i narkose, siden synssenteret, uansett om dyr er i koma eller ei, responderer p? synsstimuli.

¨C Ettersom vi er opptatt av l?ring og hukommelse, er vi avhengige av ? unders?ke hjernecellene mens dyrene reagerer p? omgivelsene. Dyrene m? derfor v?re v?kne n?r vi unders?ker dem. Vi antar at synsinntrykkene blir bearbeidet p? en annen
m?te n?r dyrene ikke er i koma. Det er vi i ferd med ? kartlegge n?. Metoden v?r ?pner for uante muligheter.

Forskerne bel?nner rottene n?r de klarer bestemte oppgaver.

¨C Rottene f?r bel?nning om de gjenkjenner et bestemt m?nster, slik som en sirkel. Kvadrater gir ingen bel?nning. Dette er l?ring p? lavt niv?. Hvis vi forst?r hvordan l?ring p?virker synssenteret, kan vi overf?re kunnskapen til andre deler av hjernen.

Selv om dette er grunnforskning, er ikke veien lang til medisinsk anvendelse:

¨C 澳门葡京手机版app下载en v?r ?ker forst?elsen av hvordan mennesker kan v?re blinde, selv om de har et funksjonelt ?ye, forteller Marianne Fyhn.