Nye funn om hjernens evolusjon: – Jeg ble helt satt ut. Min aller første reaksjon var å tenke, kan dette være virkelig?

Setter man hjernene til en fisk, en fugl og et pattedyr ved siden av hverandre, er det lett å legge merke til forskjellene. Men ser man dypere, trer noe uventet fram. Du ser ikke tre ulike svar på oppgaven å skape mening av verden. Du ser ett svar, løst via tre ulike veier.

– Du kan virkelig se det, det er nesten som et kontinuum, sier Emre Yaksi, professor ved Kavli-instituttet i Trondheim.

Studier av hjernens anatomi har vist at de samme to grunnleggende nervebanene fører verden inn i forhjernen hos alle disse dyrene. Det som endrer seg fra det ene dyret til det neste, er først og fremst hvilke hjernestrukturer som gjør jobben underveis.

Selv om evolusjonen bygde hjernene av ulike komponenter hos arter som skilte lag for hundrevis av millioner år siden, ser den gang på gang ut til å ha endt opp med det samme svaret.

Det var dette mysteriet laboatoriegruppen til professor Yaksi ga seg i kast med. Hvis dyr så langt fra hverandre på livets tre stadig lander på det samme mønsteret, er kanskje mønsteret ingen tilfeldighet.

Kanskje finnes det grunnleggende regler for hvordan en hjerne som skal tolke verden, må bygges.

I en ny studie publisert i Science, forsøker forsker Anh-Tuan Trinh og kolleger ved Yaksi-laben å avdekke en slik universell regel, hos et av de minst sannsynlige dyrene man kan tenke seg.

Problemet enhver hjerne må løse

Verden kommer ikke til deg som én samlet opplevelse. Syn, lyd, lukt, smak og berøring sendes inn gjennom hver sine sansebaner. Likevel opplever du aldri et kakofoni av signaler. Du opplever én sammenhengende verden.

Et eller annet sted der inne må hjernen ta disse atskilte strømmene og føye dem sammen igjen til én scene. Hvordan er hjernen innrettet for å klare det?

Det hjelper å se for seg et hus. Sansene kommer til døren, og noen må ta imot dem og vise hver enkelt hvor den skal. Hos et pattedyr er det en struktur som kalles thalamus, som har denne portnerjobben.

Den tar imot sansene som kommer inn, og sender hver av dem til sitt eget rom, synet til ett, lyden til et annet, og holder dem fra hverandre til å begynne med.

Først lenger inne i huset, i rommene vi kaller hjernebarken, møtes sansene igjen, blandes og sammenlignes, helt til de et sted i de innerste rommene blir til tanker, sanseinntrykk, erfaringer, beslutninger.

Denne oppbygningen, med sansene sortert ved inngangen og satt sammen på ulike måter lenger inne, er en av de mest robuste konstruksjonene i virveldyrhjernens evolusjon. Det Trinh, Yaksi og medforfatterne deres ville vite, var om en skapning på en helt annen gren av slektstreet bygger et lignende hus. 

Rommet

For å kunne se en hjerne gjøre dette, må man først holde en fisk rolig og tilfreds.

En ung sebrafisk, mindre enn tre uker gammel og under en centimeter lang, legges til rette i en seng av klar gelé under et spesialmikroskop. En liten åpning lages i geléen ved munnen, slik at friskt vann kan strømme forbi og den kan puste fritt. Deretter venner fisken seg til denne lille, lukkede verdenen, slik et menneske kan bli beroliget og gjort trygt før en MR-undersøkelse.

Så er det veggen av instrumenter.

– Du skrur på en hel haug med brytere, sier Trinh. Det minner meg om cockpiten i et fly, eller et romskip. Det er så mange knapper overalt.

Han har brukt år på å lære seg dem.

– Det er som å spille piano. I begynnelsen er det veldig vanskelig. Etter hvert blir du bedre.

Det knappene gir ham, har han aldri sluttet å undre seg over. Første gang han så aktiviteten i en levende hjerne, var for mer enn ti år siden, som student.

– Første gang jeg så nevroner lyse opp her og der, var det akkurat som å se fyrverkeri i hjernen. Det var helt utrolig.

Fisken byr på noe ingen pattedyr kan. I stedet for bare å se et lite utsnitt av hjernen, får du se hele forhjernen på én gang, i sanntid, fra ende til annen, hvert eneste nevron som blusser opp i det øyeblikket det fyrer, i et dyr som er levende og sansende.

 Slik sorterer fisken verden

Selve forsøket var enkelt. Trinh viste fisken et blink med rødt lys. Han sendte en svak summing gjennom vannet. Noen ganger det ene, noen ganger det andre, noen ganger begge signalene samtidig. Og så fulgte han med på hvilke områder av fiskehjernen som reagerte.

Hvert signal betyr noe for en fisk. Et lysglimt kan være så hverdagslig som en skygge som glir forbi, en endring i omgivelsene verdt å legge merke til. Summingen er mer besnærende. Fisk kan sanse bevegelser i vannet, og sansen er følsom nok til å kjenne de minste vibrasjoner.S

– Hvis et rovdyr nærmer seg fisken, skaper det mye bevegelse i vannet, forklarer Trinh.

Labens forsiktige dirring er mer diskré enn som så.

– Det er egentlig et overraskelsessignal. Som når noen sniker seg innpå deg og plutselig prikker deg på skulderen. Det er den typen signal vi ga fisken.

Da forskerne kartla signalenes vei gjennom hjernen, oppdaget de at fisken har en annen portner enn vi har. Det er ikke thalamus som møter sansene, men en helt annen struktur. Forskerne kaller den PG, kort for det preglomerulære komplekset. PG gjør den samme organiserende jobben. Den tar imot inntrykk fra verden og sender den videre sortert, lyset mot ett område av forhjernen, vibrasjonen mot et annet, hver strøm fortsatt ren og atskilt. De samme første rommene, i et annet hus.

Forskerne fant noe uventet

Men fiskens forhjerne nøyer seg ikke med å sende sansene videre. Den bearbeider dem, og jo dypere Trinh så, jo merkeligere ble cellene.

De enkle nevronene, hvert innstilt på én enkelt sans, ga etter hvert plass til celler som svarte på både lys og vibrasjon, der de to strømmene begynte å smelte sammen. Og så, enda lenger inne, fant han en type nevron han ikke hadde vært på jakt etter. Den holdt seg taus når lyset blinket alene. Den holdt seg taus når vannet skalv alene. Den våknet bare når de to kom sammen i samme øyeblikk. Da fyrte den kraftigere enn noen av hendelsene alene kunne forklare.

Alle som har stått ute i et tordenvær, kjenner fenomenet disse cellene er bygd rundt. Lynet når øynene dine et øyeblikk før tordenen når ørene, og likevel vet du at de begge tilhører samme hendelse. Noe i hodet ditt binder glimtet til braket, tross forsinkelsen. Her fanget forskerne celler i fiskehjernen som gjorde nettopp dette, som registrerte ikke glimtet, ikke braket, men sammenfallet i at de to kom samtidig.

Trinh fant dem ikke ved mikroskopet, men etterpå, foran datamaskinen, dypt inne i analysen. Og han trodde dem ikke med det første.

– Jeg ble helt satt ut. Min aller første reaksjon var å tenke, kan dette være virkelig?

Han brukte de neste timene på å kjøre analysen på alle måter han kunne komme på, i et forsøk på å få mønsteret til å briste. Men mønstret holdt stand. Da han til slutt våget å tro på resultatet, ble han sittende og gjøre ingenting nyttig for en stund.

– Jeg brukte bokstavelig talt ti minutter bare på å se på disse vakre grafene.

Det han satt og så på, var et slags hierarki, “en stige” bygd gjennom hjernen. Bakerst satt de enkle cellene, hver med ansvar for én sans. Lenger fremme, cellene som kombinerte og sammenlignet. Enkle svar nær inngangen. Merkeligere og mer uforutsigbare svar jo dypere man kom. Den samme oppstigningen fra det å sanse til det å oppfatte, som går gjennom vår egen hjernebark.

Hva disse fremre cellene egentlig er til for, vet ingen ennå. Forskerne har sett hva de gjør, ikke hva de brukes til, og ingen har ennå testet hvordan de former måten fisken oppfører seg på. Foreløpig er de nevroner som ser ut til å være bygd for å legge merke til når to ting hører sammen, som er nettopp det en hjerne må mestre før den kan lære at det ene forårsaker det andre.

Hvorfor ligner hjernene på hverandre?

Hvorfor skulle hjernen til en bitteliten sebrafisk-hjerne ligne på vår?

I følge forskerne kan svaret ligge i utfordringene hjernene er satt til å løse. Det meste av det som holder et pattedyr i live, skjer ikke i hjernebarken. Forhjernen din er ikke til for at du skal kunne tygge, bevege deg, eller lage barn. Den trengs ikke engang for at du skal kunne unngå et hinder rett foran deg. Forhjernen er til for de øyeblikkene da verden slutter å oppføre seg som forventet. Øyeblikk der en skapning må finne nye løsninger som ingenting ferdig bygd kunne ha forberedt den på. Og det ser ut til at evolusjonspresset for å bygge nettopp en slik hjernestruktur, en maskin for tilpasning, driver svært ulike dyr mot lignende løsninger.

Det er her Yaksi, av alle ting, griper til suppe.

– Hvis du vil gjøre en suppe tykkere, kan du bruke poteter eller mel. Resultatet blir omtrent det samme, selv om ingrediensene er forskjellige. Slik kan det også være med hjernen.

To kokker, forskjellige ingredienser, ett resultat. To virveldyrslinjer, to ulike sett med hjernedeler, ett design. Sanseinformasjonen sorteres, kombineres gradvis rom for rom, legg til celler som reagerer på sammenfall, og man er i gang med å bygge et ‘maskineri’ for fleksibel forståelse av verden.

Om fisken har arvet denne oppbygningen fra en felles stamfar, eller kommet fram til den helt på egen hånd, er et spørsmål laben nå forfølger på molekylnivå, ved å sammenligne celletypene som bygger kretsen i fisken, med dem i pattedyrenes hjernebark og thalamus. Det kan vise seg at de to likevel er satt sammen av de samme råmaterialene. Eller så kan fisken ha funnet sine egne materialer og likevel endt på samme sted. Uansett er dette den typen funn som får en forsker til å velge ordene med omhu. Fiskens portner er ikke vår egen thalamus i forkledning. Om de to deler noe eldgammelt slektskap, er et spørsmål framtidig forskning må svare på. Det fisken viser, helt tydelig, er at veien betyr mindre enn hvor den fører hen.

Regelen fiskehjernen avslørte

Det ligger en idé bak arbeidet i Trondheim, at hjernen drives av universelle oppskrifter som lar seg avdekke. Organiserende prinsipper den følger slik et kjøkken følger en metode. Og at hvis du leter dypt nok, kan du lese hjernereglene rett ut av det levende vevet. Denne studien avdekker en av disse oppskriftene på det mest usannsynlige stedet av alle. Ikke hos et pattedyr, men i forhjernen til en liten, gjennomsiktig fisk.

–  Jeg sier ikke at en fisk har noe som tilsvarer pattedyrenes hjernebark, sier Yaksi. – Men en fisk har noe. Den har hjernestrukturen pallium. Og pallium har utviklet seg fra de samme virveldyrforfedrene som vår menneskelige hjernebark stammer fra.

Det meste av det pallium gjør, ligger fortsatt i mørket for ham, og det innrømmer han gjerne. Studien fant bare veien inn.

– Vi har nettopp lært hvor verden kommer inn. Det er slik alt begynner, sier han og smiler.

Samtidig peker resultatene mot noe større. Hvis en fisk og et menneske, atskilt av hundrevis av millioner år med evolusjon, begge tar verden inn gjennom to atskilte baner og så syr den sammen igjen etter samme logikk, da begynner den logikken å ligne mindre på en tilfeldighet pattedyrene landet på, og mer på en felles regel. Noe hjerner kommer fram til igjen og igjen, fordi oppgaven med å skape mening av verden gir den lite annet valg.

Det er mer enn én vei som kan lede til en tenkende hjerne. Men likevel ser veiene ut til alltid å ende på samme sted.

Referanse

Anh-Tuan Trinh, Anna Maria Ostenrath, Ignacio del Castillo-Berges, Fanchon Cachin, Mina Koç, Susanne Kraus, Bram Serneels, Koichi Kawakami og Emre Yaksi, “Hierarchical sensory processing in zebrafish thalamocortical-like circuits,” Science, 2. juli 2026.

Artikkelen er produsert og finansiert av NTNU

NTNU 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.

Fikk du med deg disse sakene fra NTNU?

• 

  Ski-VM ga mye mindre penger lokalt enn innleid firma sa

• 

  Slik får ukrainske soldater hjelp til å bli mentalt robuste

• 

  Derfor gir fedmeoperasjon økt risiko for alkoholproblemer

• 

  Ny rapport om unges forståelse av demokrati: – Elevene tror de kan mer enn de egentlig kan

• 

  Klarer du å se forskjell på de vanligste måkene?

• 

  Disse lærlingene har større sjanse for å lykkes

Les flere saker fra NTNU her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER