En bedøvet torsk ligger i et kar, tilkoblet ledninger som gir den små strømstøt, og elektroder under huden som måler nervereaksjonene i sentralnervesystemet. Denne nye metoden er et første skritt mot å forstå hvordan smertesignaler forplanter seg opp til fiskehjernen. (Foto: NOFIMA)
En bedøvet torsk ligger i et kar, tilkoblet ledninger som gir den små strømstøt, og elektroder under huden som måler nervereaksjonene i sentralnervesystemet. Denne nye metoden er et første skritt mot å forstå hvordan smertesignaler forplanter seg opp til fiskehjernen. (Foto: NOFIMA)

Her gir forskerne torsken støt

Forsøk på torsk kan vise ny vei for å finne ut hvordan fiskehjernen behandler smertepåvirkning.

Publisert

Stort team

Studien av torsken i renna ble utført av Stian Ludvigsen, postdoktor ved Institutt for medisinsk biologi, Universitetet i Tromsø, Niels Christian Stenklev (som også ledet studien), førsteamanuensis ved Institutt for klinisk medisin på Universitetet i Tromsø, professor Helge K. Johnsen ved Institutt for arktisk og marin biologi, Universitetet i Tromsø, professor II Einar Laukli ved Institutt for klinisk medisin, Universitetet i Tromsø, forsker Dagfinn Matre ved Statens arbeidsmiljøinstitutt og forsker Øyvind Aas-Hansen, NOFIMA.

Studien var en del av et større forskningsprosjekt, som tok sikte på å kartlegge nevrologien bak smertepåvirkning hos torsk, og mulig smerteoppfattelse. Leder for prosjektet var forsker Øyvind Aas-Hansen ved NOFIMA i Tromsø.

Universitetet i Tromsø, høsten 2012. En torsk ligger helt stille i en plastrenne i et vannkar. Den er bedøvet, i søvn. Elektroder er festet til hodet og halen. Elektrodene i halen sender strømpulser inn i fisken. De utløser nerveceller i huden som er følsomme for smertepåvirkning – nosisepsjon.

Bakgrunnen for forsøket er at forskerne er uenige om nosisepsjon hos fisk faktisk kan gi en opplevelse av ubehag, av smerte. For å finne ut av det, må forskerne først vite mer om hvordan nosisepsjon behandles i fiskehjernen.

- Dette forsøket peker ut en ny vei å gå for å undersøke dette hos fisk og andre dyr, sier Øyvind Aas-Hansen ved NOFIMA i Tromsø. Han har ledet forskningsprosjektet, som viser at torskehjernen reagerer med overraskende stor tidsforsinkelse etter smertepåvirkning. Hos pattedyr med avanserte hjerner og i menneskehjernen er større tidsforsinkelse av de innkommende nervesignalene knyttet til at de blir behandlet på mer avanserte måter.

- Selv om tidsforskjellen er større hos fisk enn hva som tidligere er målt, kan ikke denne studien fortelle oss om fiskehjernen er i stand til å oppleve en følelse av ubehag ved smerte, slik som hos pattedyr og menneske, understreker Aas-Hansen. Likevel mener han at funnene er så interessante at de bør undersøkes videre.

Elektroder under huden

Den nye metoden går ut på å måle nervesignalene i hele hjernen til fisken.  Istedenfor å åpne kraniet og plassere elektroder direkte på hjernen, festet Aas-Hansen og kollegene hans elektrodene rett under huden på hodet til fisken.

- Metoden er enkel, og krever for eksempel ikke kirurgi. Den gjør det også mulig å kartlegge responser i hele hjernen på en gang, sier Aas-Hansen til forskning.no.

Fastende og bedøvet

Forsøksfiskene var femten velvoksne torsk, oppdrettet på forsøksstasjonen til NOFIMA i Kårvik på Ringvassøya.

Fra forsøksstasjonen ble de fraktet 20 kilometer sørover til Norges Fiskerihøgskole, Universitetet i Tromsø. Der fikk de svømme i en stor tank. Før forsøkene startet, svømte de fem døgn uten å bli fôret.

- Slik kunne vi være sikre på at målingene ikke ble forstyrret på grunn av forskjellige prosesser i kroppen som maten setter i gang. Denne fasten er derfor standard framgangsmåte. For en kaldtvannsfisk er ikke dette så dramatisk som det kanskje høres ut som, sier Aas-Hansen

Øyvind Aas-Hansen, fotografert på forsøksstasjonen til NOFIMA på Ringvassøya, 20 kilometer nord for Tromsø. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no)
Øyvind Aas-Hansen, fotografert på forsøksstasjonen til NOFIMA på Ringvassøya, 20 kilometer nord for Tromsø. (Foto: Arnfinn Christensen, forskning.no)


Strenge etiske krav gjorde det nødvendig å bedøve torskefiskene før forsøkene startet. Bedøvelsen var nøye utvalgt, slik at den ikke skulle stanse nerveimpulsene til fiskehjernen.

Torskene fikk også et muskelavslappende stoff som gjorde at de beveget seg mindre. Muskelrykninger kunne nemlig også gitt forstyrrende nerveimpulser.

Plastrenne med sjøvann

Dessuten var det viktig at fisken lå rolig under forsøkene. Den ble nemlig plassert i en plastrenne i et kar. Der ble den spent løst fast med metallbånd, polstret med en fuktig klut.

Så fikk fisken en silikontube i munnen. Ut av tuben rant sjøvann med oksygen, slik at gjellene ble gjennomstrømmet hele tida. Vannet inneholdt også bedøvende stoffer, slik at fisken ikke skulle våkne igjen under forsøkene. Vannet forsvant ut gjennom gjellene og ned i renna på undersiden av fisken.

Korte strømstøt

På oversiden måtte nemlig fisken være tørr. Ellers kunne de to elektrodene som skulle måle strømmene i hjernen kortsluttes av saltvannet. Elektrodene var festet på linje bak hverandre mellom øyene til fisken med en centimeters avstand.

Så ble to andre elektroder festet til hver side av halen med borrelås. Gjennom disse elektrodene gikk de elektriske støtene som skulle utløse smertefølerne i huden til torsken og dermed nervesignalene videre til fiskehjernen.

Støtene kom i form av raske pulser, tusen ganger i sekundet sammenhengende i tre hundredels sekund. Så målte forskerne hjernesignalene fra elektrodene på fiskehodet.

Prinsippskissen viser hvordan vann med oksygen og bedøvelse renner inn gjennom munnen og gjellene ned under torsken i renna, og videre ut. Elektrodene ved hodet på fisken (grønn) registrerer signalene fra hjernen og ryggmargen til fisken, etter at den er stimulert med strømstøt (rødt) gjennom elektroder festet til halen. (Foto: (Figur: NOFIMA, bearbeidet av forskning.no))
Prinsippskissen viser hvordan vann med oksygen og bedøvelse renner inn gjennom munnen og gjellene ned under torsken i renna, og videre ut. Elektrodene ved hodet på fisken (grønn) registrerer signalene fra hjernen og ryggmargen til fisken, etter at den er stimulert med strømstøt (rødt) gjennom elektroder festet til halen. (Foto: (Figur: NOFIMA, bearbeidet av forskning.no))

Stadig sterkere strøm

Forskerne begynte forsiktig med en strømstyrke på bare to milliampére. Det er så sterkt at et menneske bare ville kjenne det som en svak dirring i hånden. Så økte de strømstyrken helt opp til det firdobbelte, 20 milliampére. Det ville de fleste mennesker oppleve som smertefullt. Likevel ville strømmen vært ufarlig.

Fisken var jo bedøvet, og kjente ingenting. Det skapte litt problemer for forskerne. Hadde de kunnet observere om fisken faktisk reagerte på strømmen ved å prøve å trekke seg unna, så kunne de vært sikrere på at opplevelsen var sammenlignbar med det vi ser hos et menneske.

Likevel valgte de å ta utgangspunkt i grensene for smerteopplevelse hos mennesker. Og den nye forsøksmetoden ga to interessante funn.

Overraskende lang forsinkelse

For det første registrerte forskerne nervesignaler så seint som opptil et kvart sekund etter strømstøtene. Så lang forsinkelse er aldri målt i lignende forsøk tidligere.

- Enkelt kan man si at det skjer en forsinkelse av nervesignalene hver gang de passerer fra en nervecelle til den neste. Jo lengre tid det tar, desto flere nerveceller har vært involvert underveis, sier Aas-Hansen.

- Vårt forsøk tyder på at de kraftigste strømstøtene, som mest sannsynlig utløste nosisepsjon, altså smerteimpulser i nervene, behandles annerledes i torskehjernen enn vanlige sansestimuli fra de svakere strømmene, fortsetter han.

Aas-Hansen tar likevel forbehold om at tidsforsinkelsen er adskillig kortere enn tilsvarende hos mennesker og pattedyr.

Den bedøvede torsken ble stimulert med strømpulser av forskjellig styrke gjennom ledninger festet til halen. Elektroder festet til hodet målte nervesignaler fra ryggmargen og hjernen. Målingene viste at de kraftigste strømstyrkene, som utløste smertereseptorene, ble forsinket gjennom ryggmarg og hjerne. (Foto: NOFIMA, bearbeidet av forskning.no)
Den bedøvede torsken ble stimulert med strømpulser av forskjellig styrke gjennom ledninger festet til halen. Elektroder festet til hodet målte nervesignaler fra ryggmargen og hjernen. Målingene viste at de kraftigste strømstyrkene, som utløste smertereseptorene, ble forsinket gjennom ryggmarg og hjerne. (Foto: NOFIMA, bearbeidet av forskning.no)

Langt flere responser

For det andre ble det påvist langt flere responser i torskehjernen enn i tidligere studier av andre fiskearter.

- Trolig er dette en gevinst av den nye metoden, som undersøker responser i hele hjernen på en gang. Vi tror at det høye antallet responser gjenspeiler at smertepåvirkningen behandles i ulike deler av fiskehjernen samtidig, sier Aas-Hansen.

- Dette er interessant, fordi flere fiskeforskere har pekt på at fiskehjernen kanskje behandler smertepåvirkning i andre deler av hjernen enn det som er kjent for pattedyr. At andre deler av hjernen gjøre denne jobben, er for eksempel påvist hos fugler, fortsetter han.

Må sammenligne med andre dyr

I fagmiljøene er det fortsatt sterk strid om fisk virkelig kan oppleve ubehaget ved smerte. Kanskje blir det aldri mulig å få noe sikkert svar på dette spørsmålet, mener Aas-Hansen. Likevel er målinger av nervereaksjoner i hjernen til fisken et første nødvendig skritt for å få vite mer.

Skal resultatene tolkes videre, trengs flere studier, med fisk i helt våken tilstand. Slike forsøk må også kombineres med egne atferdsstudier av fisken. Da kan man se etter andre responser og kanskje mer forsinkede responser, som kan knyttes til smerteopplevelsen hos fisk. Til slike eksperimenter stilles det imidlertid strenge etiske krav.

Forskerne vil også trenge systematisk innhenting av lignende kunnskap fra andre dyrearter med ulik hjerneutvikling. Dette kan gi kunnskap om hvordan utviklingsnivået til hjernen henger sammen med ulike dyrs evne til å oppfatte verden bevisst.

- Først da kan man si om responsene vi ser hos fisk og andre dyr, virkelig er det man for pattedyr kan knytte til en bevisst opplevelse av smerte, understreker Aas-Hansen.

Referanse:

Stian Ludvigsen et.al: Evoked potentials in the Atlantic cod following putatively innocuous and putatively noxious electrical stimulation: a minimally invasive approach, Fish Physiology and Biochemistry, DOI 10.1007/s10695-013-9834-2