En undersøkelse av hjernesignaler hos rotter viser at det er mulig å forutsi hvilken vei de vil gå videre når de står overfor flere valg.

Forsker Hiroshi Ito og kollegene hans ved Kavli Institute for Systems Neuroscience ved NTNU undersøkte en bestemt nervebane for å finne ut om den var knyttet til mekanismene som gjør dyrene i stand til å legge planer for å komme seg fra ett sted til et annet.

Studien deres bekrefter at denne nervebanen gjør det. Den går fra et bestemt område av hjernebarken, gjennom thalamus i mellomhjernen til hippocampus, et område i storhjernen som antagelig spiller en rolle for læring og hukommelse.

Resultatene er nylig publisert i Nature. May-Britt og Edvard Moser har vært veiledere for Ito.

Labyrint

Forskerne trente rottene til å løpe rundt i en uendelig T-labyrint, med en bred vei i midten med veikryss i endene. Slik kunne de lære mer om hvordan denne signalveien fungerer.

– Vi har lært at vi kan spå nøyaktig hvilken vei en rotte vil ta ut fra når bestemte nerveceller er aktive, sier Ito.

Forskerne analyserte aktiviteten til nerveceller når rotta skulle bestemme seg for om den ville gå til venstre eller høyre i neste veikryss.

Mens rottene løp rundt i labyrinten, registrerte forskerne aktivitet både fra den delen av hjernebarken som kalles prefrontal cortex, fra thalamus og fra hippocampus.

Forskerne visste allerede at det finnes nervebaner som følger denne ruta til et område i hippocampus der en del av koden for veivalg ligger. De sammenlignet dette med et annet område like ved siden av for å se om aktiviteten ville reflektere banen rotta kom til å velge.

Det var en tydelig forskjell.

Korsangere med ulikt volum

For å forstå hvordan dette fungerer kan du tenke på et kor der alle synger den samme sangen, men der ulike stemmer er høyere på samme punkt i sangen under ulike forestillinger.

Teksten, melodien og sangerne er de samme, mens endringen i volumet til hver stemme er det som endrer forestillingen.

Siden forskerne er godt kjent med «koret», lette forskerne etter dirigenten. Den fant de i området av hjernebarken kalt frontal cortex.

Navigering krever mer enn kart

– Planlegging av hvordan vi skal bevege oss til et sted krever mer enn et kart over hvor vi er, sier professor May-Britt Moser.

– Vi må både vite hvor vi er nå og hvor vi ønsker å gå, og det samtidig. Det virker som om cellene som er involvert i navigasjonen, bruker både interne og eksterne ledetråder for å vite eksakt hvor vi er og hvor vi skal. I tillegg til mønsteret som nervene avfyres i har vi ulike intensitetsnivåer av avfyringen som kan gi oss informasjon om det neste trekket.

Moser forklarer at dette intensitetsmønsteret ser ut til å styres av prefrontal cortex, et område av hjernebarken som hos primater er kjent for å være involvert i beslutningstaking og fysisk handling.

– Vi tror disse funnene tyder på at den nye signalveien vi fant er helt avgjørende for at dyr og mennesker kan planlegge sine bevegelser fra et sted til et annet. Dataene beviser også at thalamus spiller en rolle i kommunikasjonen mellom ulike områder av hjernebarken, sier Moser.

Referanse:

Hiroshi Ito mfl: A prefrontal–thalamo–hippocampal circuit for goal-directed spatial navigation, Nature, mai 2015, doi:10.1038/nature14396. Sammendrag