Med kart og kompass klart til bruk

Kanskje har vi allerede fra fødselen en nesten ferdig stedssans, som bare må finjusteres før vi er klare til å navigere oss fram i verden. Det antyder en ny studie av rotteunger, ved NTNU.

Published
En rottebaby og dens mor. (Foto: Kavliinstituttet/NTNU)
En rottebaby og dens mor. (Foto: Kavliinstituttet/NTNU)

En liten rotteunge åpner øynene etter 15 dager ved morens side, og begynner å kravle seg ut i livet for å utforske hva som finnes der ute.

På dette tidspunktet er en av de sentrale byggesteinene i stedssansen til rotta allerede nesten ferdig utviklet, og en tidlig utgave av et fullverdig system for stedsans er på plass.

Det viser en ny studie gjort av Mosergruppen ved Kavli Institute of Systems Neuroscience (CBM) ved NTNU.

- Det ser virkelig ut som evnen til å orientere seg er innebygd, og at det er et grunnlag der som man kan bruke helt fra man begynner å utforske, sier Rosamund Langston ved instituttet.

Selv om grunnlaget er der fra begynnelsen, forbedrer navigasjonssystemet til rottene seg i løpet av de første ukene etter fødselen, og informasjonen om hvor de befinner seg blir tydeligere representert i hjernen.

- Vi regner derfor med at denne perioden kan være kritisk for utvikling av stedsansen, og at erfaringer i denne perioden kan ha innvirkning på utviklingen, sier Langston til forskning.no.

Resultatene publiseres i tidsskriftet Science denne uka.

- Bekrefter filosofen Kants idé

Å kunne orientere seg er sentralt når et menneske skal ta fatt på utforskningen av omgivelsene, gjennom å åle seg på fang, og mellom bordbein, tepperysjer og større medmennesker.

Men hvor mye av denne evnen er medfødt, og hvor mye må vi lære oss underveis?

Dette er jo absolutt ingen ny diskusjon, sier professor og leder for CBM, Edvard Moser.

På 1700-tallet hersket det uenighet blant datidens filosofer om det nyfødte mennesket startet med blanke ark, eller om det måtte være et grunnlag som på mystisk vis lå der fra begynnelsen, klart til å bli bygget på.

- Immanuel Kant hadde som sentralt poeng at menneskets evne til å oppfatte ting i tid og rom måtte være medfødt – a priori. Man kan ikke oppfatte verden uten den evnen.

"Edvard Moser, her på hjernekonferanse i Bergen i mai. (Foto: Marianne Nordahl)"
"Edvard Moser, her på hjernekonferanse i Bergen i mai. (Foto: Marianne Nordahl)"

De britiske empiristene, som for eksempel filosofen John Locke mente på sin side at man lærte alt fra bunnen av.

- Selv om Kant ikke formulerte teorien så spesifikt, kan vi si at våre resultater bekrefter selve grunnideen hans, selv om ikke alt var helt ferdig da rottene ble født, sier Moser til forskning.no.

Fra menneske til rotte

Overførbarheten av mekanismene i en rottehjerne til en menneskehjerne er ikke søkt – de to hjernene er egentlig ganske like, ifølge Moser.

- Det første inntrykket av rottehjerner er at de er fundamentalt forskjellige fra menneskenes, men oppkoblingene er forbausende like. Hvis man ser på signalbanene og hvordan cellene er ordna, er rottehjernen stort sett en miniatyrisert kopi av menneskehjernen, sier han.

15 dager i en rottebabys liv er naturlig nok ikke det samme som 15 dager for en menneskebaby. Tempoet på utviklingen av stedssansen i en menneskehjerne vil følgelig også være et annet, ifølge Edvard Moser.

Det er mulig å se for seg at når en rotte har fått en nesten voksen stedsans etter 30-40 dager, vil perioden kunne sammenlignes med en prosess som strekker seg over et par år hos et menneske, tror han.

- Jeg vil jo tro at det er i denne perioden, da mennesket begynner å krabbe rundt, at stedsansen finjusteres og man kalibrerer for erfaringen man gjør, sier han.

Stedsansen er antakeligvis en av mekanismene som er dypt nedfelt i hjernen, og bevart fra langt, langt tilbake i tid.

- Senere i utviklingen har mennesket utviklet andre ferdigheter, som for eksempel evnen til abstrakt tenkning, som ikke rotta har så mye av, sier Moser til forskning.no.

System som kjøres i gang

For å finne ut når og hvordan komponentene til stedsansen utvikles hos rottene, festet Langston og forskerne på CBM bitte små sensorer på nylig fødte rotter - før de i det hele tatt hadde åpnet øynene og beveget seg på egen hånd i redet.

Deretter satte forskerne seg på sidelinja og fulgte med på aktiviteten til tre ulike celletyper som er sentrale for evnen til å orientere seg; hoderetningsceller, stedceller, og de såkalte gridcellene som ble oppdaget av Edvard og May-Britt Moser og forskerne ved CBM.

Hoderetningsceller fungerer nesten som et kompass, og forteller individet hvilken retning det er på vei, ved at noen celler fyrer når hodet peker i én retning, og andre fyrer når det peker i en annen.

Man regner med at alle pattedyr, også mennesker, har disse tre celletypene. Les hva forskning.no tidligere har skrevet om de ulike cellenes roller i stedsansen her og her.

På tidspunktet da rottene åpnet øynene drøye to uker etter fødselen, og begynte å utforske miljøet utenfor redet for første gang i sitt gnagerliv, var hoderetningscellene allerede nesten like godt utviklet som hos voksne rotter, ifølge Langston.

Men at disse cellene så ut til å være ferdig utviklet tidligst, trenger ikke bety at de ikke er avhengig av noe erfaring, ifølge Edvard Moser.

- Kanskje har hoderetningscellene fått tid til å modnes noen dager, fordi rotta jo kan snu på hodet sitt selv om den ligger stille i redet, sier han.

Rottemor og unge orienterer seg begge to. (Foto: Kavliinstituttet/NTNU)
Rottemor og unge orienterer seg begge to. (Foto: Kavliinstituttet/NTNU)

- Trenger å kalibreres

De neste cellene til å modnes var stedcellene. De representerer bestemte punkter i miljøet, og kan hente inn og lagre minner og annen informasjon om stedet.

Gridcellene var de siste som ble modent uttrykt i hjernen til rottene. Fra før har de norske forskerne vist at disse cellene danner en representasjon av miljøet rotta befinner seg i, ved å gnistre til på bestemte punkter på flaten den beveger seg over.

Uavhengig av hvor raskt og i hvilken retning dyret beveger seg, danner fyringene til gridcellene regelmessige masker som i et koordinatsystem.

Tilsammen danner cellene noe som likner et indre kart.

Etter 30 dager, da rottene i forsøket sto på terskelen til ungdommen og hadde utforsket miljøet i drøye to uker, var hele systemet med de tre celletypene tilnærmet ferdig.

Tidsmessig passer det godt med perioden da rotter i naturen skal ut på egenhånd, ifølge Langston.

Edvard Moser sier at de nå spekulerer i hvorfor de ulike cellene ser ut til å finjusteres i en bestemt rekkefølge.

- Vi tror er at retningscellene kanskje er med på å sette opp de to andre systemene. Alle tre typene er altså nesten ferdig medfødt, men de to siste trenger litt mer tid på å bli ferdigutviklet, sier han.

En genetisk åpningsseremoni

- Vi tror at det er sterke genetiske komponenter – og at utviklingen av cellene som er involvert i stedsansen er resultat av gener som slås på i en bestemt rekkefølge - at for eksempel gen 1 produserer et protein som setter i gang gen 2, også videre, sier han.

- Denne åpningen blir nok underveis påvirka av ting som skjer ute i verden, og det er nok nyttig at ikke alt ligger ferdig fra begynnelsen, men er litt fleksibelt.

Moser mener kunnskapen om hvordan stedsansen utvikler seg kan gi større innsikt i hvordan vi i det hele tatt er i stand til å farte rundt, huske steder vi har vært og stier vi har gått.

- Hvis du ser at den ene komponenten er nødvendig for den andre, så kan det være med på å fortelle hvordan hele nettverket virker – hva som er mekanismene for at dette lager et indre kart, sier han.

Rosamund Langston med monitorert rotte på skulderen. (Kavliinstituttet/ NTNU)
Rosamund Langston med monitorert rotte på skulderen. (Kavliinstituttet/ NTNU)

Ulik evolusjon har gitt samme resultat?

Alle dyr orienterer seg i miljøet sitt for å finne mat og formere seg, og trenger naturlig nok en form for stedsans.

Forskerne vet at pattedyr har gridceller, stedceller og hoderetningceller, men er ikke like sikre på hvilket system for eksempel insektene bruker.

- Et lite insekt vil også ha en god stedssans. Det er nok en sterk genetisk komponent her også – en bie kan finne tilbake til bolet med én gang, så den trenger ikke akkurat noen lang læringsprosess, sier Moser.

Selv om man ikke vet akkurat hvordan biens mekanisme for stedsans ser ut, vet man at evolusjonen har gjort slik at den fungerer for den lodne honningsamleren også.

- Kanskje har evolusjonen utviklet ulike systemer for stedssans, men som har likt resultat – at man klarer å navigere, sier Moser til forskning.no.

- Ingen grunnforskjeller på hunner og hanner

Forskerne gjorde også et litt mer kuriøst funn i studien, som kan tilføre et perspektiv til den klassiske diskusjonen om forskjellene på menn og kvinners stedsans, og om kvinner vimser mer enn menn.

Hos rottene fant de at det ikke var noen forskjell på byggeklossene for stedsansen hos hanner og hunner – det var likt fra start.

- Det var litt interessant. Det er jo studier som viser at voksne menn og kvinner ofte har litt ulik stedssans – at kvinner i større grad orienterer seg etter landemerker for eksempel, sier Rosamund Langston til forskning.no.

- Kanskje er det slik at måten kjønnene bruker informasjonen til å danne kart på som utgjør forskjellen, heller enn materiale vi har fra start, sier hun.

Kilder:

An innate sense of direction. Pressemelding fra Science

R. Langston, J. Ainge, J. Couey, C. Canto, T. Bjerknes, M. Witter, E. Moser og M. Moser. Development of the Spatial Representation System in the Rat. Science. 18.juni 2010