Bevisste valg

Allerede som 13-åring var professor Johan Frederik Storm opptatt av hjernen. Kanskje ikke så rart han endte med å forske på dens signaler?

Johan Storm

Professor Johan F. Storm gløder for forskningen og stortrives i et aktivt forskningsmiljø sammen med dyktige stipendiater.

– Jeg har alltid vært veldig interessert i alt innen naturvitenskapene, særlig biologi og fysikk. Spesielt har hjernen fasinert meg, siden den er et så helt unikt organ. Kunnskap om hjernen er essensielt for å begripe hvordan vi kan oppleve og forstå verden og oss selv, sier Johan Storm.

Hvordan oppfatter vi verden?

Hvordan vi bevisst kan oppfatte verden med hjernen er et mysterium som har fulgt Storm siden hans tidlige år.

– Det store spørsmålet er hvordan noe fysisk kan gi opphav til noe mentalt. Bevisstheten vår er fortsatt en uløst gåte, sier han.

Helst ønsket Storm å gyve løs på bevissthetsgåten straks han begynte å forske i 1978. Men bevissthet ble sett på som noe diffust og svevende, og han manglet egnede metoder. Av den grunn valgte han å studere hjernens elektriske signaler.

– Dette er de fysiske prosessene som er mest særegne for hjernen og en forutsetning for bevisstheten. Nye, presise metoder gjorde det mulig å oppdage til ukjente, grunnleggende mekanismer. Mine kolleger og jeg hadde gleden av å innføre flere av disse teknikkene her til lands, sier Storm.

Å forstå hjernecellen

I 30 år har Storm og hans forskergruppe studert hvordan den enkelte hjernecelle virker.

– For å forstå galaksene og universet må vi kjenne til atomene og deres indre. Likeledes må vi utforske hjernecellene grundig for å forstå dens kretser og systemer, sier han.

– Vi har studert hvordan hver hjernecelle koder og behandler informasjon i form av elektriske signaler. Med tynne elektroder som vi stikker inn i cellene eller suger fast i cellemembranen måler vi de ørsmå ionestrømmene som går gjennom kanalmolekyler i membranen, og de elektriske signalene som strømmene danner.

Resultatene settes sammen i matematiske modeller av hjernecellene, der man kan beregne det komplekse samvirket mellom de tusener av kanalmolekyler som utfører cellenes signalbehandling.

– Nå begynner vi også å studere nettverk og systemer i hjernebarken, særlig i hjernens hukommelsesområder, kan Storm fortelle.

Overraskende funn

Storms forskning har gitt betydelige resultater. Tidlig fant han en ny mekanisme som bidrar til selve aksjonspotensialene, det vil si de elektriske impulsene som er enheten i hjernens informasjonsprosessering. Før 1985 fortalte lærebøkene at impulsene dannes av en relativt enkel mekanisme som kun styres av elektrisk spenning. Men det viste seg å være mer komplisert.

– Nærmest ved en tilfeldighet fant jeg ut at ikke bare elektrisk spenning, men også kalsium bidrar til å regulere avslutningen av nerveimpulsen i noen hjerneceller. Dette skyldes en spesiell type ionekanaler, som er molekyler som slipper atomer med elektrisk ladning gjennom membranen, forklarer Storm.

Såkalte BK-kanaler åpnes uhyre raskt, innen et tusendels sekund, på grunn av kalsium som kommer inn i cellen.

– Det var svært overraskende at en prosess som skyldes kalsium kan være så rask, men den samme mekanismen er senere også funnet i mange andre typer hjerneceller hos pattedyr og andre dyr.

Storms gruppe har også vist at BK-kanalene kan regulere frisetting av kjemiske signalstoffer i hjernen, og at de kan beskytte cellene og redusere skadene ved hjerneslag.

– Vi fant dette først hos rotter og mus, og leter nå etter den samme mekanismen i menneskehjernen, sier Storm.

Hjernecellenes regneprosesser og hjernebølger

Det er fortsatt mye vi ikke vet om hvordan hjernecellene koder og behandler informasjon.

– En hjernecelle mottar informasjon fra tusenvis av andre hjerneceller, gjennom kontaktpunktet som kalles synapser. Før trodde man at cellen summerte strømmene fra synapsene på en ganske enkel måte, men vi vet nå at hver hjernecelle utfører svært komplekse prosesser – nesten som regneprosessene i en datamaskin, kan Johan Storm fortelle.

En av disse mekanismene ble oppdaget av Storm og publisert i Nature i 1988.

– Jeg så at cellene i hukommelsesområdet hippocampus  kan ”summere” signaler over svært lang tid før cellen svarer med impulser. Dette skyldes spesielle ionekanaler som senere er funnet i en rekke andre celletyper i hjernen. Nå studerer vi hvordan denne mekanismen utvikles fra fødsel til voksen alder, forteller Storm.

De siste årene har Storm og hans forskergruppe funnet hvorfor hjernecellene er spesielt følsomme for den frekvensen av hjernebølger som finnes i hjernen under læring, hukommelse og drømmesøvn.

— Dette er trolig viktig for selektiv kommunikasjon i hjernen og kanskje for selve bevissthetsprosessene. Med målinger og matematiske modeller og har vi vist at cellen er utstyrt med to ulike mekanismer som begge velger ut denne frekvensen. Og da vi slo ut den ene mekanismen ved genmanipulering hos mus, mistet de hukommelsen for steder, og fikk også epileptiske anfall i likhet med barn som har lignende genfeil.

— Nå nylig har vi funnet at også nervetrådene har slike mekanismer og derfor kan filtrere signalene som cellene sender til hverandre. Dette er også overraskende, siden man har trodd at nervefibrene ikke omformer hjernens signaler.

Bevissthetsgåten og etiske problemer

— Bevissthet er sentralt i dagliglivet og nært relatert til etikk. Hvilke dyr har en grad av bevissthet som gjør at de kan lide? Tidligere ble nyfødte operert uten anestesi fordi man trodde de ikke hadde en fullt utviklet smertesans og bevissthet. Også for pasienter i vegetativ tilstand er det opplagt av enorm betydning å finne metoder til å avgjøre om de kan føle noe, sier Storm.

— Fordi bevisstheten er subjektiv kan den ikke måles direkte. Man må derfor lete etter målbare korrelater til bevissthet. Nå ser det ut til å være mulig å bruke EEG (måling av hjernebølger) til å finne slike objektive bevissthetstegn, og vi har nylig startet et samarbeid med dyktige kliniker for å undersøke dette hos mennesker, sier Storm.

Entusiastiske stipendiater

Det kan i følge Storm være langt frem før vi nærmer oss holdbare svar på det som kan kalles bevissthetsgåten. I mellomtiden har han innført forelesninger om temaet for studentene.

– Jeg tror at de har godt av å høre om et uløst, fundamentalt problem. Det viser at vitenskapen fortsatt står overfor store utfordringer.

Samarbeid med yngre kolleger er trives han godt med.

– Det er fantastisk morsomt å finne ut av naturens gåter sammen med unge, entusiastiske forskere. Gode stipendiater har vært uhyre viktige for vår gruppe, og vi har en kjempefin gjeng her nå, uttaler Storm begeistret og fortsetter:

– Jeg tror at det viktigste er å gi de unge tid til solid, nysgjerrighetsdrevet forskning med stor grad av frihet og glede. Vi må oppmuntre dem til å motstå det ensidige publiseringspresset og minne om at god vitenskap handler om å komme til bunns i viktige spørsmål og finne solide, varige sannheter, sier Storm

Veien videre

Professor Storm er bekymret over at så mye verdifull tid og energi går tapt til administrasjon. – Produksjonen av god forskning og undervisning kan trolig flerdobles ved bedre organisering, klarhet og fair play. Med årene føler jeg et økende ansvar for å bidra til dette.

– En stor utfordring i kommende år er å finne sammenhenger mellom mikro- og makronivå, mellom prosessene inni hver celle og aktiviteten i hjernens enormt komplekse nettverk. Dette vil kreve nye tilnærminger og metoder, avslutter Johan Storm.

Av Nettredaksjonen ved MED
Publisert 25. nov. 2011 18:48 - Sist endret 31. mai 2021 12:35