Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.

Det er alltid elektrisk aktivitet i hjernen, både når du sover og er våken. Til sammen kan aktiviteten måles utenpå skallen med EEG, en metode for registrering av denne aktiviteten.
Det er alltid elektrisk aktivitet i hjernen, både når du sover og er våken. Til sammen kan aktiviteten måles utenpå skallen med EEG, en metode for registrering av denne aktiviteten.

Er hjernebølger en del av hjernens GPS-system?

Nå vil forskere finne ut om gridcellene – hjernens GPS-system – bruker hjernebølger for å ta inn informasjon om fart og retning.

Når du beveger deg, trenger gridcellene fortløpende informasjon om retningen og farten du beveger deg i. Med denne informasjonen lager cellene et slags et kart i hjernen vår, som vi navigerer og orienterer oss ut fra.

Men hvordan gjør de det? En av teoriene som er foreslått, er at rytmiske hjernebølger inneholder informasjon om retning og fart som gridcellene kan bruke for å danne kartene.

– I en tidligere studie bedøvet noen forskere et område dypt inne i hjernen som gjorde at en type hjernebølger forsvant, og da forsvant også gridcellemønsteret. «Kartet» ble borte, sier Torkel Hafting. Han er førsteamanuensis og forsker ved institutt for medisinske basalfag og Centre for Integrative Neuroplasticity (CINPLA) på Universitetet i Oslo.

Nå ville forskerne finne ut om dette skyldtes at hjernebølgene forsvant eller ble endret, eller om årsaken var at kontakten med andre steder i hjernen ble brutt.

Torkel Hafting og Marianne Fyhn var sentrale i oppdagelsen av gridceller da de jobbet sammen med Edvard og May-Britt Moser ved NTNU, som fikk Nobelprisen i medisin for nettopp oppdagelsen av gridceller.

Hva er hjernebølger?

  • Det er alltid elektrisk aktivitet i hjernen, både når du sover og er våken. Til sammen kan aktiviteten måles utenpå skallen med EEG (elektroencefalografi).
  • I dyp søvn er mange hjerneceller aktive i samme rytme og da er hjernebølgene kraftige og langsomme. Når du løser et mattestykke, er hjernebølgene helt annerledes.
  • Når du skal huske noe, er det tydelige bølger som kalles theta (4-8Hz) og gamma (60-80Hz). Disse hjernebølgene bidrar til effektiv overføring av informasjon mellom nerveceller og ulike hjerneområder.

Kilde: Torkel Hafting

Deler av forskergruppa bak den nye studien på om hjernebølger gir hjernens GPS-system informasjon om fart og retning. Fra venstre professor Marianne Fyhn, Mikkel Elle Lepperød og Kristian K. Lensjø, alle ved Universitetet i Oslo.
Deler av forskergruppa bak den nye studien på om hjernebølger gir hjernens GPS-system informasjon om fart og retning. Fra venstre professor Marianne Fyhn, Mikkel Elle Lepperød og Kristian K. Lensjø, alle ved Universitetet i Oslo.

Laget raskere hjernebølger enn det som er naturlig

For å kunne styre hjernecellenes aktivitet, satte de inn molekylære «lysbrytere» i cellemembranen til bestemte hjerneceller hos rottene. Ved å sende små pulser med laserlys inn i hjernen kunne de styre hjernebølgene.

Hjernebølger oppstår når mange hjerneceller har aktivitet i takt.

Med laserlyset forstyrret forskerne de naturlige hjernebølgene. For å få dette til, opererte forskerne inn hårfine ledninger og en optisk fiber i hjernen på rotter.

Når de skulle gjøre forsøk, monterte de på tynne kabler som hang i et taljesystem ned fra taket slik at rottene kunne bevege seg fritt rundt omkring.

– På den måten kunne vi bruke laserlys for å lage raskere hjernebølger enn de som finnes naturlig i rottehjernen. Samtidig registrerte vi aktiviteten til gridcelle, forteller forskerne.

Men rottenes adferd ble ikke påvirket. Selv da hjernebølgene ble drevet opp i en frekvens som var mer enn tre ganger så høy som den naturlige, hadde dette ingen effekt på gridcellenes mønster.

– Dette tyder på at hjernebølgene ikke brukes av gridcellene for å få informasjon om fart eller retning, sier Hafting.

Oppdatert modell om hjernebølger

I fagmiljøet har det vært en langvarig debatt om hvordan gridcellenes mønster oppstår, og nobelprisvinner John O’Keefe har vært en talsmann for teorien om hjernebølger.

– Vi var litt skeptiske til den første versjonen av modellen, for den hadde en del elementer som ikke stemte overens med biologien. Modellen avhang blant annet av at hjernebølgene går i en fast, perfekt rytme som en klokke hele tiden, forteller Hafting.

Forskeren sier at de vet at bølgene kan bli uregelmessige ute i naturen, om rotten stopper eller løper fortere – da endrer rytmen seg. Modellen har blitt endret på og oppdatert slik at dagens modeller i stor grad stemmer med det forskere kan måle av gridceller i hjernen. Likevel var den grunnleggende ideen om hjernebølgenes betydning ikke testet.

Tidligere studier som forskere har ment støttet teorien om hjernebølger, var gjort med indirekte metoder. De norske forskerne har for første gang direkte testet teorien.

Forskerne brukte rotter i forsøket.
Forskerne brukte rotter i forsøket.

Hjernebølger er likevel viktige

Postdoktor Mikkel Lepperød forteller at resultatet var helt slående. Han er en av forfatterne på artikkelen om funnene som nylig ble publisert i Science Advances.

– Vi regnet faktisk med at det skulle skje langt større endringer, sier han.

Det er mange studier som har vist at hjernebølger er viktige for ulike typer læring og hukommelse.

– Det er sannsynlig at hjernebølgene er viktige for informasjonen som blir sendt mellom gridceller og andre hjerneområder for å danne minner om hva som skjedde hvor. Dette gjenstår å teste i fremtidige studier, sier Lepperød.

Forskerne må nå gå tilbake i tenkeboksen. Gridceller er noe av de første som blir skadet når personer utvikler Alzheimers sykdom. Denne forskningen kan derfor være viktig for å kunne forstå slike hjernesykdommer.

Referanse:

Mikkel Elle Lepperød mfl.: Optogenetic pacing of medial septum parvalbumin-positive cells disrupts temporal but not spatial firing in grid cells. Science Advances, 2021. DOI: 10.1126/sciadv.abd5684

Fakta om gridceller

  • Gridceller er nerveceller i et område av hjernens tinninglapp
  • Gridcellene har betydning for vår stedsans og episodiske hukommelse. De lager «mentale kart».
  • Gridceller ble beskrevet av NTNU-forskerne May-Britt og Edvard Moser sammen med Torkel Hafting, Marianne Fyhn og Sturla Molden i 2005.
  • Gridceller er hjerneceller som er aktive bare når dyret var på bestemte punkter i et rom. Disse punktene var fordelt regelmessig ut over gulvet og utgjorde til sammen et gittermønster.
  • May-Britt og Edvard Moser mottok i 2014 Nobelprisen i fysiologi eller medisin for oppdagelsen sammen med John O'Keefe for deres arbeid med stedsans og hukommelse.
  • De siste årene har forskere diskutert hvordan hjernen får informasjon om fart og retning.
  • En av to teorier har vært at rytmiske hjernebølger bærer denne informasjonen.
  • Etter rotteforsøk fant forskere ved Universitetet i Oslo ingen tegn på at denne teorien stemte.

Kilde: Store medisinske leksikon og Torkel Hafting

Powered by Labrador CMS