Celler langs hjernens hulrom er utstyrt med ørsmå flimmerhår. Disse flimmerhårene er foreløpig lite undersøkt, men vi vet likevel noe om hva som kan skje om de ikke gjør jobben sin.

Folk med flimmerhår som ikke virker skikkelig kan nemlig utvikle sykdommer som skoliose og vannhode.

Ny forskning fra NTNU viser at flimmerhårene er helt nødvendige for at hjernen skal utvikle seg normalt. Disse hårene påvirker ikke bare funksjonen, men også utviklingen av hjernen.

Næringsstoffer og avfall

Hjernen har fire væskefylte hulrom kalt ventrikler, som alle er forbundet med hverandre. Rommene er fylt med en væske, kalt hjernevæske, som også produseres her.

Hjernevæsken rører på seg hele tiden, men bevegelsen varierer avhengig av hva vi holder på med.

– Flere teorier finnes, men antakelig bidrar denne sirkulasjonen av væsken blant annet til tilførsel av næringsstoffer til hjernen, samtidig som den fjerner avfallsprodukter, sier forsker Nathalie Jurisch-Yaksi ved Kavliinstitutt for nevrovitenskap ved NTNU.

– Den bidrar også til overføring av signaler i form av molekyler, forklarer Emre Yaksi, professor ved Kavliinstituttet.

De to forskerne fra Yaksi-gruppen ved NTNU har ulik og utfyllende kompetanse. De har derfor delt seg inn i to forskningsteam som samarbeider.

Sebrafisk istedenfor mennesker

Det byr på etiske og praktiske problemer å utføre slik forskning på mennesker. Forskergruppen har derfor undersøkt sebrafisklarver.

Sebrafisk er ideelle til denne typen forskning. De er avanserte virveldyr som mennesket og kan ofte fortelle oss noe om hvordan hjernen fungerer også hos oss.

Praktisk nok er fiskelarvene gjennomsiktige. Det betyr at det er mulig å undersøke hjernefunksjonen til sebrafisk uten noen form for inngrep og helt uten å påføre dem smerte.

Her kan du se hvordan væsken flyter i hjernen til fisken:

Grupper av celler

Forskerne fant at grupper av celler med flimmerhår er organisert i ulike områder av ventriklene. Disse gruppene skaper sammen en stabil, ensrettet sirkulasjon av væsken.

Også hjerteslag og kroppsbevegelser påvirker sirkulasjonen av hjernevæsken, men flimmerhårenes bevegelser ser ut til å sørge for stabil væskestrøm innad i de enkelte hulrommene.

Denne gjennomstrømmingen er lokal, den er altså stort sett avgrenset til hvert enkelt av de ulike hulrommene. Men samtidig ser det ut til at den lokale strømmen er nødvendig for å holde kanalene mellom de ulike hulrommene åpne.

– Om vi stanser bevegelsen til flimmerhårene, tetter kanalene seg, forklarer Jurisch-Yaksi.

Ulikt når vi er i ro

Sirkulasjonen av væske i hvert enkelt hulrom, og utvekslingen av væske mellom de ulike hulrommene, avhenger av om vi er i ro eller beveger oss.

– Vi fant forbausende lite utveksling av væske mellom hulrommene så lenge fisken var i ro, selv om hjerteslagene førte til noe flyt mellom dem, forklarer stipendiat Emilie Willoch Olstad, som er en av de mange forskerne bak studien.

Alt dette endrer seg når vi beveger oss. Bevegelse fører til langt større grad av væskeutveksling mellom de ulike hulrommene.

Propell-lignende celler

Det finnes to hovedgrupper av flimmerhår, bevegelige og avstivede, primære flimmerhår.

Forskerne undersøkte hårene som kan bevege seg.

I motsetning til de fleste andre flimmerhår i kroppen som bidrar til forflytning av væske, slik som flimmerhårene i halsen som hindrer urenheter i lungene, fant forskerne at flimmerhårene langs ventriklene har en propell-liknende bevegelse, omtrent som halen på sædceller.

Nye nerveceller blir til her

Kanskje bidrar flimmerhårene også indirekte til å holde hjernen ung og frisk. Nye nerveceller dannes nemlig i veggen til de væskefylte hulrommene i hjernen.

Herfra migrerer de nye nervecellene til ulike områder av hjernen.

Spesialiseringen av cellene påvirkes kanskje av hvilke næringsstoffer de tilføres av bevegelsene i hjernevæsken, mens de umodne cellene ennå befinner seg i ventrikkelveggen.

Hos sebrafisk dannes nye nerveceller ikke bare når hjernen utvikles, men dessuten i fullt utviklede individer. Slik nydannelse av nerveceller finner vi også hos mennesker.

Her ser du tydelig hvordan flimmerhårene beveger seg:

Kan man påvirke flimmerhårene?

Bevegelser i væsker er uhyre kompliserte. Matematikere, ingeniører og fysikere er blant dem som kan bidra til å forstå hvordan bevegelsene til flimmerhår foregår og genererer sirkulasjon av hjernevæsken.

Yaksi-gruppen ved Kavliinstituttet ønsker derfor blant annet å samarbeide med ingeniører som kan bidra til å utvikle bedre analyseverktøy og å lage datamodeller slik at strømmene kan studeres enda nærmere.

Forskningen er nemlig på langt nær over. Det neste steget er å se om det er mulig å påvirke hjernefunksjonen til fiskene ved å manipulere flimmerhårene og motsatt.

Kanskje kan du for eksempel endre nervecelleaktiviteten, eller til og med døgnrytmen, til sebrafisk ved å påvirke flimmerhårenes aktivitet? Vanligvis er fiskene langt mer aktive om dagen enn om natten. Vil det å endre sirkulasjonsmønstrene til hjernevæsken også forandre måten fisk oppfatter og responderer på omgivelsene til ulike tider av døgnet?

Referanse:

Emilie W. Olstad m.fl: Ciliary beating compartmentalizes cerebrospinal fluid flow in the brain and regulates ventricular development. Current Biology. Januar 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.11.059