Grunnlaget for vår bevissthet

Fra elektriske signaler i hjerneceller til opplevelser: Nye eksperimenter hjelper oss å forstå vår bevissthet.

Illustrasjon av en hjerne

Hvordan er sammenhengen mellom det som skjer inne i den enkelte hjernecelle og hjernens enorme nettverk? Illustrasjon: John Hain fra Pixabay 

Akkurat nå, når du leser dette, opplever du å se svarte bokstaver på lys bakgrunn, du gjenkjenner ord og forstår hva de betyr. Du ser lys og farger og har trolig også mange andre sanseinntrykk, tanker og følelser. Alt dette inngår i din bevisste, subjektive opplevelse av verden og deg selv, her og nå.

Men hvordan kan disse indre, subjektive opplevelsene oppstå fra fysiske og kjemiske prosesser i din hjerne der det ikke finnes slike bokstaver, lys eller farger?

Bevissthet er tema for filosofi og naturvitenskap

I årtusener har mennesker undret seg over forholdet mellom kropp og sinn, mellom materie og ånd, det fysiske og det mentale, den "ytre", objektive verden og våre "indre", subjektive opplevelser av verden.

Dette grunnleggende mysteriet, ofte kalt 'hjerne-bevissthets-problemet', har lenge vært tema for filosofi og religion, men mange mente at det var umulig å studere vitenskapelig. Likevel, de siste tiårene har naturvitenskapene for alvor kastet seg over dette mysteriet. Og man har nylig gjort lovende funn som er høyst relevante for praktiske, medisinske og etiske problemer, og også for moderne teknologi som kunstig intelligens og robotikk1. Vi lever i en spennende tid!

Et viktig trekk ved dagens bevissthets-studier, er at de spenner fra høyst abstrakte, filosofiske ideer, via mer eller mindre erfaringsbaserte eller spekulative teorier og modeller, til helt konkret, eksperimentell testing av hjernens fysiske og kjemiske signaler, som bygger sten på sten av solide empiriske funn, på linje med annen naturvitenskap. 

Et lignende spenn ser man innen fysikken, der velprøvd, eksperimentell fysikk gir mengder av sikre resultater, samtidig som teoretikere kan spekulere til dels ganske dristig og "vilt" om det aller største (som multivers-teorien innen kosmologi) og det aller minste (for eksempel string theory). Disse ideene er kontroversielle, nær yttergrensene for vår fatteevne, ekstremt vanskelige å teste eksperimentelt og derfor foreløpig svært usikre. Men vitenskapshistorien har vist at begge typer virksomhet er viktige.

Vi finner nye sammenhenger mellom hjernecellens indre signaler og grunnlaget for bevissthet

Noe av det mest spennende som skjer innen bevissthetsforskning akkurat nå, kommer fra solid, eksperimentell forskning. Nylig har man er kommet på sporet av dype sammenhenger mellom det som skjer inni den enkelte hjernecelle og hvordan hjernens enorme nettverk fungerer, som trolig er grunnlaget for våre bevisste opplevelser.

Noen av disse resultatene er også praktisk viktige. For eksempel: Hvert år får millioner av pasienter narkose, så de blir "bevisstløse" og ikke opplever smerte under kirurgiske inngrep. Men det har vært en gåte hvordan narkose fjerner bevisstheten, og vi har ingen sikker måte å måle objektivt om pasienten er bevisstløs eller ikke. Å finne en slik metode er viktig for å oppdage når narkosen ikke virker og pasienten er våken, men lammet under operasjonen uten å kunne si ifra, selv om dette skjer sjelden.

Men ennå vet ingen sikkert om hun faktisk var bevisst eller bevisstløs.

Å utvikle en objektiv "bevissthets-måler" (Consciousness Meter) er også uhyre viktig for pasienter som har mistet all evne til å kommunisere etter alvorlig hjerneskade. De kan bli liggende hjelpeløse i årevis uten å kunne si ifra. Ofte vet man ikke om de er bevisstløse eller ikke, eller hvordan de har det. Et berømt tilfelle er kvinnen Terri Schiavo i Florida, som ble liggende i såkalt "vegetativ" tilstand (mer korrekt kalt UWS) i mer enn åtte år.

Var hun bevisst og burde få leve, eller bevisstløs og "uten verdig liv"? Familiemedlemmene var uenige og sloss i retten. Til slutt besluttet dommeren at hun trolig var bevisstløs, og man sluttet gi henne vann og næring, slik at hun døde. Men ennå vet ingen sikkert om hun faktisk var bevisst eller bevisstløs.

Fra sanseinformasjon til bevisste sanseopplevelser

Hovedgrunnen til at vi ennå ikke kan måle bevissthet, er at vi ennå ikke vet hva bevissthet egentlig er og hva vi skal måle. Men ny eksperimentell forskning har gitt nye, overraskende spor. 

Nylig fant Matthew Larkums gruppe i Berlin at narkose hos rotter fører til at kommunikasjonen innenfor enkelte hjerneceller  hindres og at dette kan være grunnen til at de blir bevisstløse. Dette gjelder de største cellene i hjernebarken, pyramideceller (i «lag 5»), som mottar ulike typer informasjon i ulike deler av cellen.

Nederst, nær cellekroppen, nær cellekroppen, får cellen informasjon fra sanseorganene om den ytre verden og kroppen. Men dette alene er tydeligvis ikke nok til å skape en bevisst opplevelse. Mye tyder på at vi opplever sanseinntrykk bevisst først når sanseinformasjonen sammenlignes med informasjonen fra hjernerens indre; her ligger erfaringer og kunnskap om verden lagret i vår hukommelse.  Denne indre informasjonen  kommer til motsatt ende av cellen: helt i toppen av lange, tre-lignende "antenner" (kalt dendritter)2.

Først når sanseinformasjonen utenfra sammenlignes med denne «indre» informasjonen kan hjernen tolke og forstå hva signalene betyr, og først da gir de en bevisst opplevelse. Men narkose ser ut til å hindre dette, fordi narkosen blokkere signalene som går mellom cellens nedre (cellekroppen) og øvre deler («tretoppen», dendrittene). Derfor kan vi ikke oppleve noe fra sansene under narkose. Også Larkums tidligere eksperimenter med rotter tyder på det samme: Rottene merket ikke at værhårene deres ble berørt når man hemmet signalene i «tretoppen».

En ny teori for bevissthet på celle-nivå

Disse eksperimentene har ført frem til en ny teori for bevissthet, så å si på celle-nivå, som nylig er foreslått: Dendritt-Integrasjons-Teorien (DIT). De har også bidratt til grunnlaget for en ny teori for hva som skjer når vi drømmer («Apical Drive»).3  

Det kan kanskje virke overraskende at mikroskopiske signaler inni cellene kan avgjøre om du har bevisste opplevelser eller ikke. Dette kan virke merkelig fordi ledende teorier antar at bevissthet er et fenomen som oppstår gjennom komplekse samspill i store deler av hele hjernens enorme nettverk med milliarder av celler. Men egentlig har flere av oss som utforsker signaler inni den enkelte hjernecelle lenge forstått at disse signalene nærmest med nødvendighet må være avgjørende for hvordan hjernens store nettverk fungerer; dette har faktisk vært mitt håp og hovedmotivasjon for å studere signalmekanismene inni hjernecellene i detalj i mer enn 30 år. Det er også grunnlaget for EU-prosjektet vårt som startet i 2015 og som prøver å bygge bro mellom cellesignaler og bevissthet. Nå ser vi at disse mikroskopiske mekanismene inni cellene kanskje også kan være nøkkelen til å forene ledende teorier for bevissthet, som Global Neuronal Workspace Theory og Integrated Information Theory, selv om disse hittil tilsynelatende har vært motstridende.

Det er fantastisk inspirerende å se at dette håpet nå faktisk bærer frukter. Dette åpner uante muligheter for forskningsfeltet i årene fremover.

illustrasjon av ulike bevissthetsteorier
(Til venstre). En ny teori for bevissthet «på celle-nivå» (Dendritic Integration Theory, DIT) kan kanskje forene andre, kjente teorier for bevissthet «på hjerne-nivå» (Integrated Information Theory, IIT og Global Neuronal Workspace Theory, GNWT). (Til høyre) Denne nye teorien kan kanskje også forklare hvorfor man blir bevisstløs under narkose.  (Figur fra JF Storm, basert på Aru, Suzuki & Larkum 2020 og W. Phillips 2018).
 

Fotnoter:

1. Se foredrag om temaet fra Oslo Life Science Conference 2021:
Can we make a conscious robot? If so, should we?
Progress in empirical consciousness research
Disorders of consciousness
Measuring depth of anesthesia

2. Les mer om dendrittene her (på engelsk).

3. Hva skjer når vi drømmer? Artikkel i forskning.no

Abonner på varsling av nye blogginnlegg

Emneord: hjernen, bevissthet, narkose, drømmer, hjerneceller Av Johan Storm
Publisert 19. mars 2021 12:44 - Sist endret 26. mars 2021 11:15
Lege undersøker et barns tunge

Medisinbloggen

En fagblogg fra Det medisinske fakultet, UiO.

Har du tips til temaer på bloggen? Send e-post til medisinbloggen@medisin.uio.no

Ønsker du beskjed når det kommer nye innlegg?
Abonner på oppdatering her