Nevrologer som vil forstå hvordan hjernen fungerer møter en helt grunnleggende utfordring: Å finne ut hvordan hjernen faktisk er koblet sammen og hvordan nerveceller kommuniserer med hverandre.

NTNUs nobelprisvinnende nevrologer May-Britt og Edvard Moser løste dette problemet ved å ta opptak av de enkelte nevronene i rottehjernene mens rottene bevegde seg fritt i rommet.

De brukte opptakene for å komme frem til funnene som ga dem Nobelprisen. De ble i stand til å se at enkelte nevroner i hjernedelen entorhinal cortex ble aktivert for å skape et rutenettmønster som kan brukes til å navigere, som en intern GPS.

• Les også: Moser-forskerne har funnet fartsceller i rottehjernen

Gjennomsiktige

Den nyeste gruppelederen ved Kavli Institute for Systems Neuroscience, Emre Yaksi, har en helt annen tilnærming til problemet med å se hva som skjer inne i hjernen.

I stedet for å studere rotter eller mus har Yaksi omtrent 90 forskjellige varianter av genmodifisert sebrafisk som han kan avle for å skape fisk med forskjellige egenskaper.

Sebrafisk på larvestadiet er helt gjennomsiktige, så Yaksi trenger bare et vanlig optisk mikroskop for å se hva som skjer inne i de små fiskehodene. Noen av Yaksis fisker har en genetisk modifisering som gjør at nevronene deres lyser opp hver gang de sender et signal til en annen nervecelle. Dette gjør kretsene og koblingene synlige for forskerne.

– Vi er interessert i å forstå den generelle oppbyggingen av nervenettverkene i hjernen som utfører beregninger, sier Yaksi.

Selv om fiskene er ganske så forskjellige fra mennesker, har hjernene deres mange lignende strukturer.

– Fisken er nødt til å finne mat. De må også finne en partner, de må unngå farer og de bygger hjernenettverk som kan generere alle disse typene atferd, akkurat som mennesker gjør.

• Les også: Hjernen avslører neste trekk

Et antivibrasjonsbord

Yaksi kom til Kavliinstituttet i begynnelsen av 2015. Da hadde han vært assisterende professor ved Neuro-Electronics Research Flanders i Belgia, hvor han hadde vært en gruppeleder og midlertidig direktør siden 2010.

Sammen med Yaksis forskergruppe kom et 900 kilo tungt antivibrasjonsbord større enn et biljardbord. Bordet var så stort og tungt at den eneste måten å få det inn i laboratoriet på, var å fjerne vinduer i tredje etasje og heise det inn med en kran.

Yaksis gruppe trenger bordet for å redusere vibrasjoner, slik at de kan bruke de svært sensitive fotonmikroskopene til å kikke inn sebrafiskhjernene. Fiskelarvene er så små at selv bitte små vibrasjoner fra biler eller lastebiler som kjører forbi på gaten nedenfor, er nok til at mikroskopene blir for ustødige til å undersøke de små hjernene.

Yaksis antivibrasjonsbord ankommer Trondheim. (Video: Gemini.no)

Små hjerner, store tall

Sebrafiskhjernen er liten, med bare 10 000 til 20 000 nevroner. En menneskehjerne har til sammenligning anslagsvis 80 milliarder slike nerveceller. Likevel resulterer målingene som Yaksi og hans kolleger gjør i store bunker med data.

– 30 minutters opptakstid kan gi så mye data at det fort tar en uke å behandle dem, sier han.

Derfor består Yaksis forskergruppe av både ingeniører, fysikere og naturvitenskapelige forskere som er opplært til å utvikle og bruke dataverktøy for å analysere de store datamengdene.

• Les også: Menneskene bak Moser-suksessen

Siden noen av sebrafiskene er genmodifisert slik at nevronene deres lyser opp med et fluorescerende protein når nervecellene er aktive, jobber Yaksi og kollegene hans ofte i dårlig lys eller i mørke. Det merkes spesielt når han tar besøkende med i det tussmørke laboratoriet, der mange av de avanserte mikroskopene står i kasser som er åpne på forsiden, laget for å begrense mengden av eksternt lys.

Andre sebrafisk er genmodifisert slik at om du lyser på dem med et blått lys, aktiveres visse nevroner i hjernen. Det gjør at forskerne kan kartlegge sammenhenger mellom nevroner, sier Yaksi.

Utforsker genetiske hjernesykdommer

Mesteparten av forskningen som gjøres ved Yaksis gruppe, er grunnforskning. Funnene gir økt innsikt i hvordan hjernen kalkulerer, men har ikke noen umiddelbare, spesifikke kliniske implikasjoner.

Men Yaksis kone og kollega, Nathalie Jurisch-Yaksi, jobber sammen med leger for å utvikle genmodifisert sebrafisk som vil bidra til å belyse hjernesykdommer som epilepsi.

– De fleste i min lab utfører veldig grunnleggende forskning. De spør hvordan hjernen fungerer, hvordan den er koblet, hvordan den er bygget, sier Yaksi. – Men Natalie arbeider sammen med leger her på NTNU. Vi prøver virkelig å nå ut til klinikere.

• Les også: Derfor lukkast forskarpara

Han gir et eksempel: Hvis en hjernelidelse som epilepsi har en genetisk komponent, kan den samme genetiske mutasjonen gjenskapes i sebrafiskanlegget. Da kan de studere hva som gir anfall i en syk hjerne og hvordan anfall kan forhindres.