Forestill deg at hjernen din ikke klarte å huske ting i rekkefølge. Hvis hvert minne bare var et øyeblikksbilde, som ble lagret i hjernen på tilfeldig vis.

«Evnen til å organisere elementer i rekkefølger er en helt fundamental biologisk funksjon som er essensiell for vår overlevelse», skriver Kavli-instituttet i en pressemelding.

Hvis ikke minner ble lagret i rekkefølge ville vi ikke klare å kommunisere, finne veien til steder, eller huske hva vi holder på med akkurat nå. Verden ville slutte å være et sted som gir mening.

Men hvordan klarer hjernen å lagre minner i riktig rekkefølge?

Forskerne ved Kavli-instituttet mener de har funnet svaret, og publiserte det i Nature nylig.

– Jeg mener vi har funnet en av hjernens prototyper for å bygge sekvenser, sier professor Edvard Moser i pressemeldingen.

Videosnutter, ikke øyeblikksbilder

Å tenke på minner som øyeblikksbilder blir feil, sier Edvard Moser videre. Han foreslår at vi tenker på minner som videoer.

– Alle erfaringene dine i verden strekker seg over tid, sier professor May-Britt Moser i pressemeldingen.

– En ting skjer, og så skjer det en ting til, og en til.

Men forskere som studerer aktivitet i hjernen studerer ofte nettopp korte øyeblikk. Det er en mismatch mellom det som typisk studeres, nemlig millisekunder, og den tiden hjernen gjerne bruker på å utføre oppgaver som kanskje heller er et sted mellom ti sekunder og opptil flere minutter. Det sier Soledad Gonzalo Cogno fra Kavli-instituttet. Hun er hovedforskeren bak den nye studien.

Målet med museeksperimentet hun ledet var å finne ut av hvordan hjernen organiserer erfaringer i bestemte rekkefølger. Sånn at vi klarer å navigere og huske ting på en fungerende måte.

Mus i mørket

For å finne ut av hvordan nervecellene snakker sammen i den tregere rytmen som mange av hjernens funksjoner opererer med, gjorde Kavli-forskerne et eksperiment med mus.

Men hjernen vår behandler til enhver tid enorme mengder informasjon, så hvordan få tak i akkurat disse trege minnene? For å minimere mengden støy, ble musene i studien plassert på et løpehjul i et bur som var fullstendig mørklagt. Det var ingen oppgaver de skulle utføre, ingen premie de kunne oppnå. De valgte selv om de ville løpe eller hvile.

Og mens musene i mørket hadde fritt spillerom, målte forskerne det som skjedde i den såkalte mediale entorhinale cortex av musehjernen. Foruten å være sentralt i dannelsen av minner, så er området også ansvarlig for stedsansen vår. 

Det er her Moserne tidligere har funnet gitterceller, det som på populærvitenskapelig språk gjerne omtales som hjernens GPS, og som de fikk nobelpris for i 2014, sammen med John O'Keefe.

Det forskerne fant i musehjernen, var et mønster av nerveceller som beveget seg i en slags koordinert bølge, «som rytmer i en symfoni», heter det i pressemeldingen. Bølgen beveget seg sakte. Det tok to minutter for den å komme seg gjennom nettverket før den begynte på nytt igjen.

Det som var enda mer spennende, ifølge forskerne, var at mens nervecellene bølget fremover, så organiserte de seg også i sekvenser med rekkefølger.

Det er dette som utgjør protoypen for hvordan hjernen lagrer episodisk hukommelse, altså hendelser du husker fra livet.

Endrer det seg med alder?

– Dette er et gjennombrudd, bekrefter professor Clive Bramham fra Universitetet i Bergen.

– Det viser noe fundamentalt om hjernefunksjoner knyttet til hukommelse som ikke er vist før, sier han.

Kavli-forskerne studerte ikke bare det som skjedde i senteret for stedsans og hukommelse, de så også på to andre områder i hjernen. Her fant de derimot ikke de samme bølgende repetisjoner av aktivitet.

– Det de ser er et mønster av fyringer som dukker opp i akkurat dette området, av celler som følger på i takt og som kommer om og om igjen. Det er noe som er iboende, som de skriver i artikkelen. Det kan hende dette eksisterer i hjernen allerede på fosterstadiet, forklarer Bramham.

All hukommelse er knyttet opp mot en sekvens. Til nå har det ikke vært noen god forklaring for hvordan disse fungerer.

– Så dette danner et rammeverk for å begynne å forstå det. Det spennende neste skrittet er å se på hvordan disse bølgesekvensene endrer seg med for eksempel adferd og alder, sier professoren.

Hvordan ser dette for eksempel ut hos en med alzheimers? Kan det ha noe å si for hvordan vi skal behandle demens med medisiner?

– Det vil være viktig å kartlegge hvorvidt disse svingningene faktisk er viktig for navigasjon og hukommelse, og påvirkes ved sykdommer som Alzheimersdemens, sier Bramham.

Om mus og mennesker

Ved Bramham-laboratoriet forsker Clive Bramham på hjernens såkalte plastisitet, altså hvor formbar den er. Der Bramham og kollegaene studerer bittesmå bestanddeler i hjernecellene for å finne ut av hvordan hukommelse fungerer, forsker Kavli-gjengen på hvordan disse cellene danner nettverk.

På sikt mener Bramham det ville vært spennende å koble de to feltene sammen, og bygge bro mellom studiet av enkeltcelle-funksjoner som genregulering og nettverk funksjoner.

Selve studien fra Kavli-instituttet, ikke bare resultatene, er imponerende, syns han.

– Dette arbeidet er en tour de force rent teknologisk, sier Bramham.

– Det er teknologien som gjør en sånn type studie mulig. At de kan registrere fra hundrevis og tusenvis av celler og måle aktivitet. Dette er en teknisk utfordrende studie å utføre.

I en av studiene som er sitert i den nye forskningsartikkelen, har forskerne funnet noe lignende i menneskehjernen. Men den nylig publiserte Nature-studien handler altså om musehjerner. I hvilken grad handler den da også om menneskehjernen?

– Mus og rotter kan navigere, de husker, de har en entorhinal cortex og det har også vi. Det er like strukturer i hjernene våre. Så det er ikke å trekke det for langt å tenke at disse grunnleggende tingene kan være veldig like, sier Bramham.

– Det er interessant å se om det er forskjeller, men det er på høyt nivå overførbart.

Mange nye spørsmål å besvare

Eric Hanse er professor i nevrofysiologi ved Göteborgs Universitet.

– Dette er et veldig spennende arbeid og helt nytt for meg, sier Hanse, som forsker innenfor det samme feltet.

– Man kan nok kalle det et gjennombrudd, for denne typen av veldig langsomme og bølgende nervecelleaktivitet i våken tilstand har jeg ikke sett tidligere. Artikkelen gir riktignok noen referanser til liknende fenomener fra tidligere studier, sier professoren.

Hanse påpeker at studien peker ut mange nye spørsmål, noe som er typisk for såkalte gjennombrudd.

Hva er mekanismene bak disse langsomme bølgene? Ser vi dem bare i entorhinal cortex? Hva slags relasjon har de til mer kjente og raske bølger som theta- og gamma bølger?

Til NRK sier Edvard Moser at mekanismen kom litt uventet på dem.

– Vi trodde egentlig ikke det var sånn det var, men nå gir det mening, sier han.

Funnet er stort, sier professoren til statskanalen, men akkurat hvor stort det er sammenlignet med andre funn vet vi ikke før det har gått en del år.

– Men det er et nytt fenomen som åpner for mer forskning som kan gi svar på hvordan hjernen fungerer, sier han.

———

Denne saken kan du også lese på engelsk på sciencenorway.no

LES OGSÅ:

Barns hjerner kan endres av skjermbruk, ifølge ny samlestudie

Frans Olaf fikk hjernesykdommen som øker raskest i verden

Få med deg ny forskning

MELD DEG PÅ VÅRT NYHETSBREV HER!