Hjernen
»Kend dig selv«, stod der ved templet i Delphi, som de gamle grækere regnede for verdens centrum. Dette mangetydige orakelsvar har alle dage været en af menneskets største udfordringer og var indtil for nylig betragtet som udenfor videnskabens rækkevidde. I disse tider får vi stadig mere information om hjernens struktur og funktion, så vi måske snart for første gang i historien har mulighed for at aftvinge svaret på det spørgsmål, der så længe har naget os.
Hjerneforskning er et af dette årtusindes største videnskabelige udfordringer, der kræver multidisciplinært samarbejde på tværs af traditionelle faggrænser, hvor blandt andet læger, neuropsykologer, fysiologer, fysikere, statistikere, ingeniører og dataloger kan bidrage.
Indtil for nylig er vores viden om hjernens funktion hovedsageligt kommet fra patienter med hjerneskader og fra dyreforsøg. Hjerneskader er ofte så diffuse, at det er meget svært at drage meningsfulde videnskabelige konklusioner, og dyreforsøg har de seneste år været udsat for voldsom kritik. Det var derfor intet mindre end revolutionerende, at de sidste årtiers omfattende multidisciplinære satsninger har muliggjort udviklingen af en række metoder til undersøgelse af hjerne-aktiviteten hos normale mennesker.
Først blev det muligt at genskabe den levende hjernes struktur ved hjælp af røntgenstråling (CT), og dernæst begyndte man at kunne måle hjernens metaboliske aktivitet ved at indsprøjte radioaktive spor-stoffer med kort halveringstid (PET, positron emission tomography).
Centralt i denne forskning står professor Albert Gjedde fra Aarhus Universitet, der er en af pionererne inden for udforskningen af den menneskelige hjerne. Han er specielt interesseret i, hvordan hjernens stofskifte fungerer. Hjernen er en af de største forbrugere af energi i form af for eksempel ilt og sukker, og det er derfor vigtigt at forstå, hvordan disse stoffer bliver optaget og siden nedbrudt. Selv om man har forstået en del af denne vigtige proces, er der stadig meget, der er gådefuldt.
Udviklingen af PET blev siden fulgt af magnetisk resonans (MRI), som benytter stærke magnetfelter med superledende magneter til at genskabe hjernens struktur og funktion. I forhold til både CT og PET har MRI en langt bedre rumlig og tidslig opløsning, hvilket naturligvis er afgørende for grundige og præcise undersøgelser af hjernens funktion. Men teknikkerne komplementerer til en vis grad hverandre, således at PET for eksempel giver bedre mulighed for at undersøge stofskiftet i hjernen.
Afgørende stofskifte
Professor Gjedde er stifter af Center for funktionelt integreret hjernevidenskab, der for nylig blev støttet af Danmarks Grundforskningsfond til at forske i, hvordan den normale hjerne fungerer som et samspil mellem hjernens struktur, kemi og funktion. Forskningen fokuserer på at forstå, hvordan hjernens celler påvirker andre hjerneceller ved at studere hjernens stofskifte, kommunikation og forbindelser.
Arbejdet viser den levende menneskehjernes utrolige kompleksitet over forskellige tidsrum. Næsten øjeblikkeligt over sekunder kan man se, hvilke dele af hjernen der øger blodforsyningen og bruger ilt, når hjernen udfører forskellige mentale aktiviteter.
Man kan på denne måde finde ud af, hvilke mentale funktioner der bruger hvilke dele af hjernen. Over lidt længere tidsrum minutter kan man følge, hvordan forskellige signalstoffer bliver udløst og spreder sig i omkringliggende dele af hjernen. Over endnu længere tidsrum, måneder og år, kan man følge, om hjernen ændrer sig strukturelt, og om aktiveringsmønstrene for de samme mentale opgaver følger forskellige mønstre.
Menneskehjernens enorme kompleksitet betyder, at der vil være arbejde nok med grundlæggende kortlægning til forskerne i de næste mange år. Men samtidigt er det også tankevækkende, hvor meget hjernen og dens funktioner deler med andre dyr og særligt de højere primater som aber og menneskeaber.
Hjernens belønning
Orakelsvaret fra Delphi handler mest af alt om den adfærd, som vi ikke helt selv forstår. Hvorfor vi vælger det ene snarere end andet, og hvorfor vi nogle gange slet ikke kan holde op med at vælge visse ting. Grundlæggende for al adfærd er hjernens naturlige belønningssystemer, hvor en særdeles vigtig del er et hjernens vigtigste signalstoffer: dopamin.
Ubalance i dopamin-systemet har vist sig at give problemer med blandt andet afhængighed af mad, alkohol, nikotin og kokain. Det er på nuværende tidspunkt langt fra klart, hvordan dopamin-systemet fungerer i den menneskelige hjerne og slet ikke, hvordan man efterfølgende kan behandle de afhængigheds-problemer, der opstår i kølvandet på problemer med systemet.
Fra forsøg på aber er man blevet klar over, at når aberne modtager en uventet belønning såsom frugtjuice, så medfører det en massiv udløsning af dopamin. Efterhånden som aberne bliver bedre og bedre til at forudsige, hvad der medfører denne belønning, så sker dopamin-udløsning i stedet til det signal som bedst forudsiger belønningen. Skiftet sker i takt med, at aberne bliver bedre og bedre til at forudsige, hvor og hvornår belønningen vil fremkomme, og aberne kan tilpasse deres adfærd således, at de altid opnår en belønning. Dette har fået nogle forskere til at mene, at dopamin signalet fungerer som et udtryk for graden af forudsigelighed. Argumentet er, at det er vigtigt for dyr at kunne forudsige og opnå belønninger.
Andre forskere har derimod vist, at hvis man sætter rotters fødder i kold vand, opstår der også en massiv udløsning af dopamin. Det er svært at se, hvordan dette kan tages som et specifikt udtryk for graden af forudsigelighed, og snarere synes disse forsøg at pege på, at dopamin-systemet fungerer som en slags generelt varslings-system, der får andre hjernedele til at gøre sig klar til handling.
Disse modstridende teorier er opstået på baggrund af forsøg med rotter og aber, og endnu er tilsvarende forsøg ikke blevet udført på mennesker. Det nye danske center er med i kapløbet om at undersøge de forskellige hypoteser om dopamin ved hjælp af hjernescanningsteknikker og derigennem prøve at forstå, hvordan hjernens fundamentale belønningssystem fungerer.
Der er derfor håb om, at Danmark også i fremtiden vil kunne bidrage med vigtige forskningsbrikker til menneskets selvforståelse.
Måske kommer vi en såre dag til at kende svaret på oraklets »kend dig selv«, om end svaret formodentlig vil være lige så gådefuldt som spørgsmålet. Svaret vil dermed rejse nye svære, men også spændende spørgsmål, hvor af lige så svære spørgsmål om beskaffenheden af menneskets bevidsthed stadig står centralt.
*Dagens artikel er en del af en serie om forskningen på ni nye centre, som bliver finansieret af Danmarks Grundforskningsfond. De forrige artikler blev trykt den 11., 18. juni, 13. august og 17. september. Serien fortsætter.
FAKTA
Hjernevidenskab
*Albert Gjedde, dr.med., er professor i patofysiologi og eksperimentel tomografi ved Aarhus Universitet og professor i neurologi og neurokirurgi ved McGill universitet, Montreal, Canada. Han er 55 år og har publiceret over 240 artikler i internationale tidsskrifter om blandt andet sukkeroverførsel over blod-hjerne barrieren, ilt- og sukker-optagelse i hjernen og neurotransmission ved hjælp af dopamin.
*Et af de vigtigste mål for Center for funktionelt integreret hjernevidenskab er at skabe rammerne for det 21. århundredes danske hjernevidenskabelige forskning. Det er også planlagt at medvirke til skabelsen af den første egentlige hjerne-videnskabelige uddannelse i Danmark, således at den tværvidenskabelige forskning for alvor får mulighed for at blomstre.
