Hva skjer når hjernen tenker? Et vindu i skallen på en mus kan gi svar

– Vår hverdag er ren grunnforskning, men målet er å finne noe som kan bedre menneskelig helse, forklarer Sverre Grødem.

Han er en av forskerne som studerer denne celletypen.

– Hva som representerer et spesifikt minne i hjernen, er fortsatt i stor grad ukjent. Det er mange teorier om hva et fysisk minne er. Vi har foreløpig ingen klar definisjon, sier han.

Årsaken er sammensatt. Én av grunnene er at minner ikke nødvendigvis lagres på samme sted i hjernen over tid. En annen grunn er at minner er subjektive.

– Hvis jeg ber deg om å tenke på tallet én, ser du kanskje for deg tallet. Eller kanskje du husker en hendelse, eller ett objekt. Vi vet ikke hva ulike personer forbinder med et konkret objekt. Det gjør det vanskelig, sier Grødem.

Samtidig som minner er vanskelige å definere, er læring en prosess som er viktig for alle levende organismer. Hva som skjer, spiller en rolle for hvordan hjernen utvikles, men også for hva som skjer når den blir syk, slik som ved Alzheimers sykdom.

Derfor studerer forskere hva som skjer når hjernen lærer.

Før var hjernen hjerne. Nå er det fem tusen ulike celletyper

Grødem forteller at det har vært en vanvittig utvikling innen hjerneforskningen.

Først var hjernen en samling nerveceller. Så ble de delt inn etter cellenes anatomi og hvor i hjernen de befant seg, forteller forskeren.

– Etter hvert lærte vi å lese ikke bare hvordan cellene så ut og hvor de lå, men hvilke gener hver enkelt celle faktisk tar i bruk. Selv om cellene bærer det samme arvematerialet, bruker de det forskjellig, og det mønsteret kan vi nå måle i én og én celle.

Da viste det seg at det vi før kalte «en type» i virkeligheten rommet et mylder av undertyper. I dag opererer forskerne med rundt fem tusen ulike celletyper i hjernen, forklarer Grødem.

De kuleste cellene

Grødem forklarer at disse fem tusen celletypene kan deles inn i ulike grupper. Én av disse gruppene kalles parvalbumin-celler og minner om en metronom.

Disse cellene demper aktiviteten til alle andre celler i nærheten. I musikk er metronom et verktøy som holder en gitt takt.

Metronomcellene i hjernen strammer opp og synkroniserer rytmen i den elektriske aktiviteten rundt seg. Det gjør at signalene fra mange celler faller i takt. Takten på signalene har mye å si for hva som skjer i hjernen.

– Metronomcellene kan komme opp i 700 elektriske pulser i sekundet og driver de raskeste hjernebølgene, som kalles gammabølger, sier Grødem.

– Det er de kuleste cellene, utbryter han.

Når disse cellene er oppe i sin maksimale hastighet, overstyrer de signaler i cellene rundt. De tvinger dem til å stoppe all aktivitet. Slik dirigerer de takten i hjernesystemet. Andre celler får kun videreformidlet sin aktivitet når metronomen tillater det.

Dette er en svært viktig funksjon i hjernen.

– Det er en balanse mellom aktivisering og demping. Alt som skjer, må være kontrollert. Utelukkende stimuli fører til kaos, sier Grødem.

Hva skjer hvis ingen holder takten?

– Når vi forsker på hjernen er én metode å se på hva som skjer når vi tar bort noe, forklarer Grødem.

Så hva skjer hvis vi skrur av metronomcellene i et lite område?

Da han og andre forskere gjorde dette i mus, så de at musene ikke kunne lære en bestemt oppgave.

Nettverket av nerveceller var fortsatt aktivt, men ikke like godt organisert. Kontrollgruppen klarte seg fint.

– Derfor vet vi at metronomcellene spiller en rolle for læring, men vi vet ikke helt hvorfor eller hvordan, sier forskeren.

Hjerneceller som lyser i mørket

Hjernecellene snakker sammen ved hjelp av ulike elektriske signaler.

Ved å måle konsentrasjonen av kalsiumioner kan hjernecelleaktivitet måles i tusenvis av enkeltceller. Kalsiumioner er elektrisk ladde kalsiumatomer.

Det finnes molekyler, reseptorer, som reagerer på disse kalsiumionene. Forskere kombinerte slike reseptorer med en egenskap fra dyr som lever i havet.

Det er et protein som lyser grønt. Slik klarte de å lage reseptorer som lyser grønt når det blir mye kalsiumioner.

Grødem forklarer at han har brukt mye tid på å forbedre og utvikle ulike varianter av slike reseptorer.

Det gjør at forskerne har verktøy til å se litt forskjellige ting, avhengig av hva de studerer. Det kan for eksempel være én nervecelle i detalj, eller mange tusen celler samtidig.

Det er slik tenking ser ut

Ved hjelp av et konstruert virus kan de få celler i bestemte områder av hjernen til å lyse grønt. Det betyr at cellene lyser opp når de blir aktivert. Aktiviteten skjer når musene lærer eller tenker.

– Så vidt vi vet, er det slik tenking ser ut, sier Grødem.

Han forteller at de bruker matematikk for å finne mønstre i aktiviteten. På sikt håper de å kunne avdekke hva slags mønstre som er aktive i ulike typer læring.

– Den eneste konklusjonen vi kan trekke nå, er at hvis du tuller med cellenettverkets taktkonroll, mister cellene evnen til å lagre disse minnene, sier han.

Lærer av mus som lærer

Inne i et mørkt laboratorium, møter jeg Kristian Lensjø, Grødems samarbeidspartner.

Lensjø viser meg en mus som har fått operert inn et vindu i kraniet. Gjennom dette vinduet kan forskerne se rett inn på hjernen mens musen lærer.

Lensjø understreker at musene ikke kan kjenne at de har et vindu på hodet. Under prosedyren og i dagene etter får de smertelindring. I buret har de mat og leker. Mus som har det dårlig, er ikke så gode forbilder for å forstå hjernen, forklarer forskeren.

Mye av utstyret er spesialbygget for forsøkene. Samtidig som musen ser en skjerm og får en belønning for ulike oppgaver, kan forskerne se enkeltceller som lyser opp. Musen tenker.

Og selv om vi ikke kan vite akkurat hva den opplever, kan enkeltceller knyttes til bestemte læringsaktiviteter.

Slik bygger forskerne opp forståelsen for de grunnleggende tingene som skjer i en læringsprosess – celle for celle.

Artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo

Universitetet i Oslo er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra Universitetet i Oslo:

• 

  Til tross for at ingen får fiske i Oslofjorden:– Bunnen er nærmest død

• 

  Nå kan forskere lytte til celleforandringer: Kan gi økt forståelse av Alzheimers og Parkinsons sykdom

• 

  Hvordan blir en bakterie motstandsdyktig mot antibiotika?

• 

  Ny forskning på rytme: Hvordan klarte hjernene våre å få oss til å ro i takt?

• 

  Norske Aud sprengte grenser i Berlin: – Hun møtte en vanvittig motstand i Norge

• 

  Hvordan ville covid-pandemien i Oslo blitt med andre strategier for å hindre smitte?

Les flere saker laget av Universitetet i Oslo her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!

Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER