Om du skal på jobb, ser bussen komme og løper mens du bærer en kopp kaffe i hånda, har du antagelig «slått» NASA. Nerveceller i hjernen din gjør milliarder av kompliserte matematiske beregninger for å kalkulere fart, posisjon og retning. I mange år har det vært en manglende bit i mysteriet om hvordan hjernen kalkulerer dette.
Etter fem års forskning på teorien om «continuous attractor network» har Charlotte Boccara og hennes gruppe nå gjort et gjennombrudd.
– Vi er de første til faktisk å bevise at hjernen har slike «nerdeceller» eller «superkalkulatorer» som teorien tilsier. Vi fant nervecellene som blir aktive og kalkulerer fart, posisjon og retning samtidig, forteller forskeren ved Avdeling for molekylærmedisin på Institutt for medisinske basalfag, nå ny gruppe leder ved NCMM.
Studerte 1400 nerveceller
Gjennom rotteforsøk studerte hun 1400 nerveceller i flere områder i hjernen. Nylig publiserte hun sammen med stipendiat Davide Spalla og forsker Alessandro Treves en artikkel i Nature communications, “Angular and Linear Speed Cells in the Parahippocampal Circuits”.
– Rottene var utstyrt med tynne elektroder som registrerer hjerneaktivitet. De kunne bevege seg fritt rundt på et område på jakt etter godbiter. Vi hadde kameraer som filmet hva rottene gjorde, og satte det sammen med aktiviteten i nervecellene, forteller Boccara.
Så gikk Boccaras forskningsgruppe i gang med å kombinere avansert dataanalyse med å granske grundig hva som skjedde i alle de ulike lagene i flere områder av hjernen. Forskerne så systematisk gjennom store datasett. De har forsket i forlengelsen av arbeidet til May-Britt og Edvard Moser. De to fikk Nobelprisen i medisin i 2014 for oppdagelsen av gridceller, hjernens GPS-system, sammen med John O’Keefe.
Teorien som hadde versert i forskningsmiljøene i flere tiår, sa at når vi beveget oss, ville vårt mentale kart over rommet endre seg for å oppdatere seg på den nye posisjonen. De ville oppdatere seg fordi et skjult lag av nerveceller i hjernen dannet et nettverk med ulike nerveceller som «jobber med» posisjon.
Disse driver med komplisert matte og setter sammen masse informasjon, på samme vis som NASAs forskere må justere banen til en rakett.
– Tidligere hadde cellene bare vært en teori, men ingen hadde helt klare bevis. Nå klarte vi å finne sterke bevis for at «hjernens nerdesentral» faktisk eksisterer, forteller forskeren. (Artikkelen fortsetter under bildet)
Viktig innen forskningen på Alzheimers
– Funnet vårt er viktig fordi disse cellene forklarer oss hvor vi er og hvordan vi beveger oss. Virker ikke disse, går du deg bort, sier forskeren.
Nettopp dette området er det første som ødelegges når du får Alzheimers sykdom. Boccara jobbet med May-Britt og Edvard Moser da hun tok sin doktorgrad.
– Gridcelle-funnet fra de to var med på å støtte teorien om continuous attractor network. Mitt funn dekker en manglende bit i puslespillet, forteller Boccara.
Gjør nervecellene flere ting?
Hvorfor er nervecellene som Boccara har påvist, spredt ut på ulike steder i hjernen? Og kan de kanskje jobbe med flere ting?
– Her er det flere teorier – kan noen celler være backup, eller gjør de forskjellige kalkuleringer; at noen planlegger og noen tar til seg erfaringer fra tidligere? spør hun seg.
Hjernen gjør seg opp en «modell» av verden hvor den tar til seg ulike erfaringer basert på syn, følelser, hørsel, hukommelse og tanker. Boccara lurer på om det kan være at disse cellene de fant er nyttige for andre funksjoner i tillegg til fart og retning.
Forskerne vet at det er nerveceller i samme område som jobber med å kartlegge hørsel og belønning, andre med å kategorisere ting og gjenkjenne noe.
– Men hvordan dette oppfattes, kan endres avhengig av hvilke erfaringer du gjør deg. Hvordan du oppfatter navnet Ola vil endre seg veldig om du møter en Ola som blir kjæresten din. Derfor må kategoriseringen bli oppdatert etter som tiden går, og nerdesentralen kan være involvert her også. Dette er interessant for videre forskning, sier Boccara.
Vil se på mangel på søvn
Nå kan hun tenke seg å finne ut hvordan mangel på søvn påvirker kalkuleringen hos nerdecellene.
– Jeg lurer på om en av grunnene til at hjernen jobber langsommere når vi har sovet for lite, har noe med unormal aktivitet hos disse cellene å gjøre, sier hun.
Uansett; neste gang du sier at «du er skikkelig dårlig i matte» - så stemmer det egentlig ikke.
Boccara har fått finansiering fra EUs Marie Skłodowska-Curie Actions og NFRs unge forskertalenter.
Les mer:
Angular and Linear Speed Cells in the Parahippocampal Circuits