NB: Gamle sider

Hei! Du har nå kommet til Teknisk museums gamle nettsider. Fra 10. juni 2019 blir ikke disse vedlikeholdt lenger. Gå til tekniskmuseum.no for å komme til forsiden.

  • 025d 720
  • 045d 500
  • 135d 720
  • 322 720
  • 373d 720
  • 707d 720
  • 737d 720
  • 757d 720
  • 763d 720
  • 846d 720
  • 901d 720
  • 993 720
  • mørkerom 720

Mind gaps forskere

Hjernen er en by
Hjernen kan ses på som en by. Med bydeler, bygårder, parker, plasser, veier, broer - og mennesker som snakker sammen og beveger seg. Hjerneforskere kan se på "byen sin" utenfra og ovenfra, eller gå tettere på og studere byens indre liv.

Det går an å tenke på hjernen som en by. Fra fly eller fra stor høyde kan du se hvordan den utbrer seg i landskapet. Bydeler og forskjellige områder lar seg skille fra hverandre med høydedrag, flater, elver, veier og broer. Noen hjerneforskere forholder seg til hjernen på denne måten, utenfra eller ovenfra. De kartlegger aktiviteten i ulike deler og områder under forskjellige forhold. Ved bruk av forskjellige metoder og redskaper kan de måle hvilke områder som er aktive samtidig, hvor forbindelseslinjene går og hvordan kommunikasjonen mellom ulike deler skjer.

Når man kommer tettere på byen ser man gater, hus, ledninger, biler og også mennesker. Noen hjerneforskere ser på hjernen på denne måten og bruker hjelpemidler tilpasset et slikt nivå. De registrerer nettverk, forgreninger og møtepunkter og kartlegger hvor impulser begynner og ender. I et slikt perspektiv blir nerveceller eller nervesignaler, på samme måte som de som bor i en by, enheter som frakter med seg et innhold langs ulike baner og som har en lang rekke kontaktpunkter mot andre celler.

Går man ned ett nivå til, kan man se enkeltmennesker som møtes, samtaler, dører, skilt, lyder, bilder. Mye hjerneforskning skjer på dette nivået. Forskerne kartlegger aktivitet i møtepunktene mellom nervecellene, i synapsene. På samme måte som mange forhold er med på å bestemme innholdet og utfallet av et møte mellom to mennesker, er også kommunikasjonen mellom nervecellene uhyre kompleks. Og på samme måte, nei, ikke på samme måte, men etter mønster av mennesker som møtes og samhandler ved hjelp av ulike teknologier og maskiner, ser hjerneforskerne på hvordan det de kaller molekylære maskiner, og andre komplekse signaloverføringsteknologier, bidrar til dannelsen av nerveimpulser og aktivitet i hjernen.

En by er et svært komplekst maskineri, tett knyttet til omlandet. Energi, næringsstoffer og andre «varer» fraktes inn og forgrenes ut til alle deler av byen. Varer omsettes og forbrukes, avfall skilles ut og transporteres bort. Ulike deler av byen ivaretar ulike funksjoner og en lang rekke spesialiserte strukturer utfører forskjellige oppgaver. Samtidig kan en nærmest uendelig rekke av skader, ulykker og ødeleggelser inntreffe, og det skjer endringer og utvikling på ulike nivåer. Når trafikken stopper langs en innfartsåre, finner den andre veier. Funksjoner kan flyttes fra ett område til ett annet. Menneskene har sine etablerte nettverk og aktivitetsmønstre, samtidig dannes det stadig nye.

Mens man tidligere i stor grad oppfattet hjernen som en statisk struktur, der «arbeidsoppgaver» og funksjoner var fordelt mellom ulike områder og deler, ser forskerne i dag på hjernen som en dynamisk enhet, som endres gjennom livsløpet, ettersom den brukes og ved skader og sykdommer. Forskerne er også opptatt av forbindelser og «samarbeid» mellom ulike deler og strukturer i hjernen.

Kompleksiteten i en storby gjør at selv om man kjenner den sentrale infrastrukturen og vet sånn omtrent hva folk pleier å gjøre, kan man ikke beregne eller forklare alt som skjer. Møtene mellom menneskene og nettverkene er så mange, og kan summere seg opp til uforutsette og fundamentale forskyvninger og omgrupperinger. Nye mønstre og rutiner gir opphav til nye bevegelser og forståelser. Slik etablerer en by aktivitetsmønstre og dermed hukommelse.

Bevissthetens mysterium

Hvis hjernen er en by, er den en enormt stor by. Den består av over 100 milliarder nerveceller og mer enn ti ganger så mange hjelpeceller. Hver nervecelle kan ha mange tusen kontaktpunkter mot andre nerveceller, og i hvert av disse kontaktpunktene, synapsene, skjer det en omfattende kjemisk aktivitet der ulike ioner strømmer gjennom tusenvis av kanaler eller «fraktes» gjennom membraner og på den måten mange ganger hvert sekund «tømmer ut» eller «bygger opp» nerveimpulser, som i sin tur, i et finregulert samspill med tusenvis og millionvis av andre impulser, danner grunnlag for «aktivitet» og samspill mellom ulike strukturer i hjernen.

Signalproduksjonene og signaloverføringen i nervecellene følger så langt forskerne i dag forstår det, de kjente fysiske lovene og kjemiske reaksjonsmønstrene. Slik kan aktiviteten i synapsene og nervefibrene forstås og «forklares». Det som imidlertid er uforklarlig, er hvordan denne aktiviteten kan produsere bevissthet. Man forstår ikke hvordan noen former for nerveaktivitet skjer helt ubevisst, mens annen aktivitet danner bevissthet. Vi vet ikke hvordan hjernen produserer en kontinuerlig forestilling om et «jeg» som sanser og tenker og handler.

Det er følgelig et stort spørsmål om hjerneforskerne og naturvitenskapen på ett eller annet tidspunkt vil kunne forklare hvordan bevissthet lages. I de siste tiårene har det skjedd en stor utvikling av apparater og teknologier for å se, måle og kartlegge hjerneaktivitet. Det er utviklet metoder for å «merke» molekyler slik at de kan ses i elektronmikroskop. Ved hjelp av fMRi (functional magnetic resonance imaging), som er en metode for å måle forskjeller i oksygeninnhold i blodet, kan man registrere endringer i aktivitet i ulike områder i hjernen. Elektroder kan registrere når en enkelt nervecelle «fyrer». Og ved hjelp av genmanipulasjon kan celleaktivitet registres med større nøyaktighet, i nye situasjoner eller på nye måter. Det er laget mus som har nerveceller som lyser når de er aktive, eller som kan «slås av/på» ved hjelp av ytre stimuli.

Ikke minst på bakgrunn av utviklingen av disse nye teknologiene, i kombinasjon med datautviklingen i det hele tatt, mener noen at man en gang i fremtiden vil kunne finne ut når eller hvordan bevisstheten oppstår. En av optimistene er Johan Storm, som er professor i nevrofysiologi ved Universitetet i Oslo. Noe av forskningen hans er presentert som det siste bidraget i denne katalogen. Han kaller rett nok «bevissthetens mysterium» for «The ultimate challenge for the next millennium», altså for det neste tusenåret, men han tror at hjerneforskerne steg for steg, stein for stein vil kunne klare å løse det. Filosofen Jakob Elster er imidlertid skeptisk til det. Han er slik sett en «pessimist» med hensyn til naturvitenskapens muligheter. Og han og kollegaen Lene Bomann-Larsen, som presenteres innledningsvis i katalogen, peker på at den politiske, sosiale og moralske anvendelsen av kunnskapene om hjernens «natur» alltid må underkastes debatt. Selv om man en gang i framtiden for eksempel skulle avdekke nøyaktig hvordan hjernen prosesserer moralske valg, ville man ikke dermed kunne stole på at hjernen velger rett, understreker han.

Forskningen og forskerne

Til sammen er 18 forskningsprosjekter eller -satsninger og til sammen 24 hjerneforskerne er presentert i utstillingskatalogen og på Mind gap sin egen nettside. Presentasjonene er basert på samtaler med den enkelte forsker om innholdet i forskningsprosjektene, om metoder og målsettinger. De er også basert på senere korrespondanse omkring de samme emnene. Noen av forskerne observerer hjernen helt fra utsiden, gjennom samtale, registrering av muskelbevegelser eller gjennom blodprøver. Noen bruker fMRi og kartlegger aktivitet og endringer i spesielle områder i hjernen. Samtidig som teknologien gir en god romlig oppløsning, er det hele deler eller områder av hjernen, dvs tusenvis eller millionvis av hjerneceller, som på denne måten undersøkes under ett. Det er som å se på Titan, planeten Saturns største måne, med teleskop, sier en av dem, det er langt ned til detaljnivået. Noen måler aktivitet i små nervecellenettverk eller i nervefibre ved hjelp av elektroder eller på andre måter. Andre bruker elektronmikroskop og ser på molekyler og membraner og de ulike prosessene og «byggesteinene» som til sammen lager en nerveimpuls.

Noen av forskerne utfører grunnforskning der målet er å avdekke fundamentale mekanismer og virkeprinsipper i hjernen. Andre driver klinisk forskning, dvs forskning på utvalg, behandling og oppfølging av pasienter. Forskningen omfatter lidelser og sykdommer som Multippel Sklerose, Alzheimers sykdom, Parkinsons sykdom, hjerneslag, psykiske lidelser og hjernehinnebetennelse.

Utvalget av prosjekter og forskere synliggjør slik sett bredde både med hensyn til nivåer, perspektiver, metoder og målsettinger. De portretterte forskerne har ellers ulik fagbakgrunn. De kommer fra filosofi, medisin, psykologi, biologi, idrettsfysiologi og sykepleie. Og de er tilknyttet ulike sykehus og akademiske institusjoner. Tone Tønjum, Jon Storm-Mathisen, Johan Storm, Reidun Torp, Linda Hildegard Bergersen og Vidar Gundersen er tilknyttet det største hjerneforskningsmiljøet i Norge, Senter for molekylærbiologi og nevrovitenskap ved Universitetet i Oslo / Oslo universitetssykehus. Senteret ser seg selv i en tradisjon tilbake til Fridtjof Nansen som i 1888 fikk godkjent sin doktoravhandling på nervesystemet hos slimål, og også i tradisjonen etter den såkalte Oslo-skolen innenfor neuroanatomi og det forskningsmiljøet som ble etablert ved Anatomisk institutt ved Universitetet i Oslo på 1930-tallet. Espen Dietrichs og Hanne Harbo arbeider ved Nevrologisk avdeling ved Oslo Universitetssykehus og ved Universitet i Oslo. Psykiateren Ole Andreassen er tilknyttet Universitetet i Oslo og leder for et program for forskning på alvorlige psykiske lidelser (TOP-prosjektet) ved Oslo Universitetssykehus. Universitetet i Oslo er også arbeidsplass for seks av de andre forskerne: Joel Glover arbeider ved Institutt for medisinske basalfag, Marianne Fyhn ved Institutt for molekylær biovitenskap, Tor Endestad og Kristine Walhovd er tilknyttet Senter for studier av menneskelig kognisjon, og Jakob Elster og Lene Bomann-Larsen er tilknyttet Senter for studier av rasjonell språklig og moralsk handling. May-Britt og Edvard Moser leder sitt eget forskningssenter, Kavli-instituttet for systemnevrovitenskap / Senter for hukommelsesbiologi ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Trondheim. Mens Lars Thomassen, Halvor Næss, Ulrikke Waje-Andreassen, Håkon Hofstad og Signe Gjærum utgjør Slagforskningsenheten ved Haukeland universitetssjukehus, Bergen. Psykologen Kenneth Hugdahl arbeider ved Universitetet i Bergen og Paul Møller ved Klinikk for psykisk helse og rus i Vestre Viken Helseforetak.

Filosofene Jakob Elster og Lene Bomann-Larsen studerer ikke hjernen, men den naturvitenskapelige hjerneforskningen og de kunnskapene om hjernen som den frambringer. De ser spesielt på konsekvensene av denne forskningen på det moralfilosofiske området. De spør: På hvilken måte kan mer detaljerte kunnskaper om hvordan hjernen arbeider og virker, brukes til å avgjøre moralsk ansvar (for eksempel innenfor strafferetten eller i forhold til behandling)? De undersøker også forholdet mellom kunnskaper om hjernens natur og utformingen av moralreglene i samfunnet. Spørsmålene de stiller, peker mot det grunnleggende skillet mellom det bevisste og det ubevisste: Når er det «jeg» som gjør noe og når er det hjernen min, og hvordan skal vi forholde oss moralsk til et slikt skille?

Psykiateren Paul Møller har gjennomført en rekke samtaler med ungdommer med schizofreni, med deres familie og med øvrige omgivelser. «Samtalen er mitt mikroskop», sier han. Han finner påfallende likheter mellom de ulike pasientenes virkelighetsbeskrivelser og selvforståelse i tiden før utbrudd av den første psykosen. De stiller spørsmål av typen: «Er jeg meg? Er det jeg som tenker tankene mine?» På denne bakgrunn ser Møller psykosen som en (sekundær) følge av en forutgående identitetsforstyrrelse. Kunnskaper om disse «før-psykotiske kjernefenomenene» framstår da som sentrale i forebyggingen og behandlingen av psykoser.

Espen Dietrichs leder den nevrologiske behandlingen og forskningen ved Oslo universitetssykehus. Sykehuset behandler Parkinson-pasienter (og også pasienter med andre lidelser) ved hjelp av det som kalles dyp hjernestimulering, som er en metode der elektroder føres ned i hjernen og sender inn en kontinuerlig strøm i bestemte deler. Strømmen bedøver eller slår ut aktiviteten i de aktuelle områdene. For Parkinson-pasienter kan behandlingen blant annet bidra til å stoppe ukontrollert skjelving og til å løse opp stiv muskulatur. Sykehuset driver forskning på utvalget av pasienter, hvordan behandlingen skal utføres (selve operasjonen, plasseringen av elektrodene, strømstyrke og frekvens) og på de langsiktige effektene av behandlingen.

Slagforskningsenheten ved Haukeland universitetssjukehus i Bergen forsker på pasienter med hjerneslag og deres vei gjennom hele behandlingsforløpet; i den akutte fasen, gjennom den videre behandlingen og under rehabilitering. I løpet av de siste fem årene er det bygget opp en database med 2000 pasienter. Den inneholder blant annet opplysninger om type hjerneslag, blodtrykk, infeksjonsverdier, temperatur, skår på nevrologiske tester, MR-avbildninger og hjerterytmeregistrering. Enheten forsker spesielt på effektene av (og kostnadene ved) rehabilitering i daginstitusjon versus rehabilitering i hjemmet.

Også Hanne Harbo og Ole Andreassen driver klinisk forskning. Hanne Harbo og hennes forskningsgruppe ser på genetiske årsaksfaktorer til MS. Om lag 1000 norske MS-pasienter har blitt gentestet sammen med 9000 pasienter fra andre deler av verden. De foreløpige resultatene fra denne kartleggingen peker på over 50 gener som synes å være forbundet med økt risiko for å få sykdommen. Ole Andreassen leder TOP-prosjektet (Tematisk Område Psykoser) som er en multidisiplinær satsning på studier av alvorlige psykiske lidelser. Forskere fra flere sykehus og institusjoner er tilknyttet prosjektet, som innhenter og sammenholder pasientopplysninger fra flere steder (blant annet blodprøver, MR-bilder fra ferdighetstester og kliniske observasjoner). Et sentralt mål er å avdekke mulige sammenhenger mellom gener og diagnoser som bipolar lidelse og schizofreni.

Psykologen Kenneth Hugdahl ved Universitetet i Bergen har vært en pioner for bruk av fMRi-undersøkelser i Norge. Han har gjennom flere tiår arbeidet med kartlegging av de to hjernehalvdelenes forskjellige funksjoner og spesielt med hvordan språk prosesseres i hjernen. Han leder nå et forskningsprosjekt omkring stemmehøring. Utgangspunktet for Hugdahl er at de fleste har stemmer i hodet av og til, men er samtidig i stand til å undertrykke dem og skille dem fra ytre hørselsstimuli. Det sentrale ved stemmehøring er slik sett ikke stemmene, men graden av evne til å undertrykke dem. For mennesker som opplever psykoser er ikke denne evnen til stede. Prosjektet tar sikte på å undersøke en gruppe «rene stemmehørere», dvs. mennesker som har reelle stemmer i hodet, men som samtidig ikke er psykotiske. Ved å finne ut mer om aktiviteten i ulike deler av hjernen hos denne gruppen mennesker, håper Hugdahl også å kunne bidra til økt forståelse av schizofreni og til behandling av psykoser.

Også psykologene Tor Endestad og Kristine Walhovd bruker MR-teknologi til å undersøke aktivitet i spesielle deler av hjernen og samspillet mellom ulike hjerneområder. Endestad arbeider med emner knyttet til hukommelse og til adferdskontroll. En del av den fremre hjernen, inferior frontal cortex, er aktiv når forsøkspersoner skal stoppe en allerede igangsatt handling. Mennesker med skader i denne delen av hjernen har problemer med å avbryte påbegynte bevegelser eller handlinger. Endestad og kollegaenes undersøkelser viser at andre deler av hjernen kan ta over for inferior frontal cortex og kompensere for skader i dette området. På denne måten har hjernen evne til å reorganisere seg og gjenopprette funksjon ved skader, understreker Endestad.

Walhovd har MR-scannet hjernen til en stor gruppe mennesker og på den måten kartlagt hjernens normale aldersendringer. Hun understreker at kunnskapene om normale endringer, er viktige for å forstå avvik og sykdom. Det er interessante sammenhenger mellom aldersutviklingen og den kognitive utviklingen. Samtidig viser forsøk at hukommelsestrening også kan påvirke hjernens fysiske struktur. Ved å øve seg på å tenke, kan man faktisk endre sin egen hjerne og dermed mulighetsbetingelsene for videre tenkning.

May-Britt og Edvard Moser er også utdannet som psykologer. De leder sitt eget forskningssenter ved Norges Teknisk Naturvitenskapelige Universitet, Trondheim. Til forskjell fra forskningsprosjektene som er nevnt ovenfor, som tar utgangspunkt i kliniske observasjoner av pasienter og i data innhentet gjennom prøvetaking, kartlegging og måling av hjerneaktivitet hos mennesker, forsker May-Britt og Edvard Moser på dyremodeller. Ved hjelp av elektroder satt inn i hjernen til levende rotter, måler de aktivitet i enkeltceller i ulike områder av hjernen. De har blant annet studert hvordan forsøksdyr orienterer seg i rommet og hvordan (steds)hukommelse dannes. Forsøkene gir kunnskaper om de grunnleggende prinsippene for koding og informasjonsbehandling i hjernen.

Marianne Fyhn er utdannet biolog. Som stipendiat arbeidet hun sammen med blant andre May Britt og Edvard Moser i kartleggingen av stedsans og stedshukommelse. Det ble tidligere regnet med at stedsansen «sitter» i det området av hjernen som heter hippocampus. Fyhn og kollegaene viste at celler i et annet område av hjernen, entorhinal cortex, er aktive når hjernen koder romlig informasjon. En spesiell type celler i dette området, såkalte gitterceller, «fyrer» når forsøksdyret er på bestemte steder i rommet. Når man ser disse stedene i sammenheng, viser det seg at de danner et regulært mønster, som hullene i et kinasjakkbrett. Dette fungerer som et universalkart som rotta alltid kan bruke til å bygge opp informasjon om hvilket som helst fysisk rom den beveger seg i.

Joel Glover er også utdannet biolog. Han leder en gruppe som forsker på definerte nervebaner, som for eksempel forbindelsene mellom nerveceller i hjernestammen og ryggmargen og de motoriske nervecellene som danner kontakt med muskler i kroppen. Det går for eksempel «refleksbuer» fra balanseorganene i det indre øret til øyet og til muskler i armer og bein. Disse refleksene bidrar til å opprettholde balansen. Glovers gruppe undersøker utvikling og reparasjoner av disse nerverefleksene hos mus. Forskningen skjer på hjerne og ryggmarg som tas ut av dyret og holdes i live i bad av fysiologisk saltvann.

Tone Tønjum, Jon Storm-Mathisen, Johan Storm, Reidun Torp, Vidar Gundersen og Linda Hildegard Bergersen ved Senter for molekylærbiologi og nevrovitenskap er alle utdannet innenfor medisin (unntatt Bergersen som opprinnelig er idrettsfysiolog). De forsker på de grunnleggende funksjonene i hjernen, på det som skjer i synapsene, på signalstoffer og transportørmolekyler, ladde partikler som strømmer gjennom cellemembranene og på elektriske impulser og svingninger. Gjennom en femti år lang forskerkarriere har Storm-Mathisen arbeidet med stoffene Glutamat og Gaba og deres betydning for produksjon og overføring av nervesignaler. Gundersen og Bergersen arbeider videre innenfor denne tradisjonen, Gundersen blant annet med frisetting av glutamat fra astrocytter, en av støttecelletypene i hjernen, og betydningen av det for signaloverføringen mellom nervecellene. Bergersen kartlegger betydningen av melkesyre som energikilde for hjernecellene. Hun har blant annet undersøkt hvordan en type transportørmolekyler «frakter» melkesyre inn og ut av cellene. Torp undersøker proteinutfellinger i hjernevevet ved Alzheimers sykdom og de molekylære prosessene i den forbindelsen. Tønjum arbeider blant annet med meningokokk-bakterien, både i forbindelse med hjernehinnebetennelse og som modell for å studere sykdom generelt. Kunnskaper om hvordan bakterier reparerer sitt DNA, kan gi kunnskaper om hvordan celler i det hele tatt beskytter seg mot ytre påvirkning og reparerer seg selv, understreker hun. Storm forsker på de aller minste ting, på ionekanaler i cellemembranene i synapsene og på betydningen og effektene av aktiviteten i kanalene. Samtidig setter han dette inn i de største evolusjonsmessige og kosmiske sammenhengene. Strømmene av millioner av ioner gjennom tusenvis av ionekanalene i hver enkelt nervecelle, som det finnes 100 milliarder av, utgjør det molekylære grunnlaget for alle nerveimpulser, all hjerneaktivitet og dermed også for bevisstheten. Storm ser det uhyre komplekse samspillet mellom de ulike ionekanalene (som i sin tur skaper et sansende og tenkende «jeg») som produkt av alle livene til et uendelig antall organismer og individer gjennom flere milliarder års evolusjon. «Gjennom den menneskelige hjerne har universet kommet til bevissthet om seg selv», sier han.

Helhet og del

Hvordan er hjernen? Hvordan virker den?

Svarene på disse spørsmålene avhenger av posisjon og perspektiv. Den enkelte forskers ståsted, metode og hjelpemidler bestemmer hva som er mulig å se. Og hva som er mulig å besvare.

Den menneskelige hjernen er en grå, halvannen kilos klump som består av over en billion celler som er knyttet sammen gjennom en uendelighet av kjemiske reaksjoner og elektriske impulser. Hjernen ligger badet i væske omgitt av hjernehinnen, hodeskallen og hud og hår. Under obduksjon kan man ta hjernen ut, legge den på et fat og se på hele hjernen på en gang. En slik betraktningsmåte gir imidlertid relativt begrensede svar på spørsmålet om hvordan hjernen virker. Det er som å se på et flyfoto av en storby. Det gir overblikk over geografi, utstrekning og struktur. For å finne ut mer om hva byen er eller hvordan den virker, er det behov for flere undersøkelser ut fra forskjellige perspektiver og ved hjelp av ulike metoder og redskaper.

En by kan studeres med geologblikk eller landmålerøyne, eller ut fra logistiske, sosiologiske eller antropologiske tilnærminger. Og disse tilnærmingene kan kombineres. På samme måte med hjernen. Den er minst like kompleks som en storby med en nær sagt uendelig detaljrikdom på alle nivåer. Den kan studeres indirekte utenfra og det kan «zoomes inn» på større eller mindre strukturer og deler, små cellenettverk, enkeltceller, ionekanaler og (andre) molekylære maskiner. Forskerne kan se celleaktivitet, telle enkeltmolekyler, måle elektriske impulser og høre frekvenser. Hvert nivå har sine etablerte forskningstradisjoner, forskningsfokus og metoder. Og sine etablerte grunnforståelser og svaralternativer.

Forskningsportrettene i denne katalogen synliggjør at hjerneforskning er mange ting. De peker også på mulighetene knyttet til kombinasjoner av ulike nivåer og tilnærminger. Hver for seg, og ikke minst sammen, er portrettene med på å gi interessante svar på spørsmålene om hvordan hjernen er og hvordan hjernen virker.