Du grønne, glitrende tre

Kronikk i Fredrikstad Blad 27.12.2016

Ved Det medisinske fakultet, Universitetet i Oslo, går noen spesielle mus rundt med innopererte vinduer i hodeskallen. Gjennom disse vinduene kan man se musenes tanker som grønne lys fra hjernecellenes trelignende strukturer. Strukturene heter dendritter, som er det greske ordet for trær, og i mikroskopet utstråler de et vakkert, grønt lys hver gang de slipper kalsium inn i seg. Assosiasjonen til julesangen er klar, selv om det neppe var dette Krohn hadde i tankene da han skrev teksten ”Du grønne, glitrende tre, god dag!”

Det finnes en annen lysbasert teknikk for å studere hjerneceller, som kanskje er enda mer spennende; vi kan nå styre dyrs adferd ved å bruke lys. For eksempel vil mus gå direkte til en drikketank og drikke vann dersom vi skinner lys på en viss gruppe manipulerte hjerneceller. Når disse cellene aktiveres blir musen tørst. Selv om de har drukket mye og ikke har noe fysiologisk behov for å drikke, går de sporenstreks bort for å drikke når lyset blir ført inn i hjernen via en optisk kabel. Slike eksperimenter har gitt oss større innsikt i hvordan hjernen fungerer og hva slags oppgaver de forskjellige hjernecellene og områdene av hjernen innehar. Og: hvis musene alltid går bort for å drikke når disse cellene stimuleres, hva da med den frie viljen? Hva med andre grupper hjerneceller som styrer andre behov? Og hva med hjernecellene som demper disse behovene?

Det har skjedd mye i hjerneforskningen de siste 10 til 20 år. "Project mindscope", det store målet om å kartlegge ikke bare hjernen, men også bevisstheten, har fått  stadig flere ressurser, både økonomisk og teknologisk. Det har blitt utviklet verktøy slik at vi kan se mange aspekter ved hjernecellenes signaler som vi før ikke kunne se, og vi kan som sagt også ta kontroll over disse signalene. Vi vet at vår adferd er slave av våre hjernecellers aktivitet, og vi kan styre visse deler av dyrs adferd ved å bruke teknikken som heter optogenetikk.

Tankene våre består av små elektriske strømmer som blir sendt mellom hjerneceller. For å forstå tankestrømmene må vi ha mulighet til å måle den elektriske aktiviteten og helst også manipulere den. Dette har tradisjonelt blitt gjort med knøttsmå elektroder som stikkes helt inntil de aktuelle hjernecellene. Blant annet førte eksperimenter med slike elektroder til at det ble gjort en stor oppdagelse ved Universitetet i Oslo: I Per Andersens lab avdekket Terje Lømo det som på engelsk heter long term potentiation. Sammen med Tim Bliss kartla han hvordan kontaktene mellom celler styrket seg ved gjentatt bruk. Dette er prosessen bak lagring av minner. Styrkede kontakter mellom hjerneceller er hukommelse!

Videoen er tatt opp av Rune Enger og viser aktivitet i cellene som grønt lys. Jo mer grønt, jo mer calcium blir tatt inn i en celletype som heter astrocytter ("stjerneceller"). I rødt ser man kapillærer, som typisk har en diameter på 6 tusendels millimeter.

Men selv om man kan gjøre viktige oppdagelser med små elektroder har hjerneforskere ikke hatt mulighet til å måle eller manipulere aktiviteten til mange hjerneceller samtidig, for det er en grense for hvor mange måleelektroder man kan få inn i en hjerne. Og de måleteknikkene som brukes for å måle hjerneaktivitet fra utenfor hodet, for eksempel EEG og fMRI, kan bare måle samlet aktivitet fra store områder av hjernen, de har langt fra god nok oppløsning til å måle aktivitet fra enkelte hjerneceller. Med andre ord trengte forskerne nye teknikker og teknologier for å manipulere og måle hjerneaktivitet på cellenivå.

De siste årene har det kommet to slike teknikker. Teknikkene høres ut som science fiction, men de fungerer og blir brukt hver eneste dag i laboratorier over hele kloden. Med den ene teknikken, fluorescensmikroskopi, får man hjerneceller til å lyse som små lyspærer under mikroskopet når de er aktive. Med den andre teknikken, optogenetikken, kan man bruke lys for å styre hjernecellene. Begge teknikkene tar i bruk genteknologi for å få hjernecellene til å produsere proteiner som enten kan fungere som små lyspærer, de blir fluoriserende for eksempel når cellen sender et signal, eller de kan bli lyssensorer som selv kan aktivere hjernecellene. Med disse to teknikkene er vi forskere nå bedre utstyrt enn noensinne for å kunne avdekke flere av hjernens mysterier.

Et juletre er vakkert, men synet som møter deg når du ser hjernens grønne, glitrende trær lyse opp under mikroskopet er minst like vakkert. For når hjernens fluoriserende nordlys sveiper gjennom trærne gir det ikke bare en fornemmelse av hvor fantastisk naturen er, det gir også håp om at vi en dag skal kunne forstå disse signalene, deres underliggende byggesteiner og hva som forårsaker feil ved sykdom. Det gir håp om at vi en dag skal kunne kurere eller forebygge epilepsi, Alzheimer, Parkinson, multippel sklerose og psykisk sykdom.

For hva er "jeget"? Hva er sjel? Hva er bevissthet? Derom strides de lærde. I filmatiseringen av Virginia Woolfs To the lighthouse har Professor Ramsay det noe provoserende utsagnet: "The mind, Sir, is meat." Kanskje har han rett? Det er i alle fall denne halvannen kilograms tunge materieklumpen vi må forstå for å kunne kurere de ovennevnte sykdommer. Her ligger også hemmeligheten om hvordan vi tar beslutninger og hva bevissthet er. Her ligger hemmeligheten om oss selv.

Du grønne, glitrende tre, god dag!
Velkommen, du som vi ser så gjerne.

-

Les også Salme til et gammelt sinn, om hjerneforskning og Alzheimer.

Tillegg

(1) I videoen under ser man musen som blir beskrevet i teksten løpe mot drikketanken (stangen til venstre) så snart drikkecellene blir aktivert med lys. Eksperimentene er er beskrevet i artikkelen av Yuki Oka, Mingyu Ye og Charles S. Zuker, Thirst driving and suppressing signals encoded by distinct neural populations in the brain, i Nature (2014).

Mus som blir "fjernstyrt" til å drikke ved hjelp av lys.

(2) Ved bruk av optogenetikk har forskere nå (januar 2017) funnet hjerneceller i amygdala som trigger jaktinstinktet hos mus. Les mer om dette i artikkelen Scientists switch on predatory kill instinct in mice. Originalartikkelen i Cell finner du her.