Matematiske modellhjernebaner

Hvordan virker korttidshukommelsen? - Det blir litt som å beskrive hvordan en gjeng med barn løper rundt i en skolegård, på en enkel og presis måte. Det er vanskelig, sier Patrick Blomquist.

Publisert
"Patrick Blomquist tar doktorgrad ved UMB. Hans forskning har bidratt til mer forståelse om hvordan vår hukommelse virker. (Foto: UMB)"
"Patrick Blomquist tar doktorgrad ved UMB. Hans forskning har bidratt til mer forståelse om hvordan vår hukommelse virker. (Foto: UMB)"

FAKTA

Forskerne har stimulert værhår til rotter. Værhåret sender deretter et signal til hjernebarken. Aktiviteten måles med to elektroder. Den ene fanger signalet som går inn i hjernen og den andre elektroden måler aktiviteten i hele hjernebarken.

Informasjon fra målingene er brukt til å identifisere matematiske beskrivelser av signalprosesseringen.

Dette er en grunnforskning som kan være et viktig bidrag til å skape mer forståelse om den menneskelige hjerne.

Hvordan husker vi? Og hvordan virker hukommelsen? Ved hjelp av matematiske modeller gir ny norsk forskning viktig kunnskap om aktiviteten i hjernen.

Hukommelsen er en gåte som forskerne har jobbet med i årevis. Ved Universitetet for miljø- og biovitenskap (UMB) satte Patrick Blomquist (29) i gang med et omfattende forskerarbeid på korttidshukommelse.

Resultatet foreligger nå som viktig grunnforskning som vil være med på å danne grunnlaget for ny forståelse av hvordan aktiviteten i hjernen hos mennesker fungerer.

Korttidshukommelse

Det er særlig korttidshukommelsen Blomquist har fokusert på. Ved å bruke data fra rotteforsøk har Blomquist laget nye matematiske modeller for nettverk av nerveceller.

Dette er siden brukt for å beskrive lokalisert og vedvarende aktivitet i hjernebarken.

En aktivitet som ofte blir relatert til korttidshukommelse, er for eksempel når du skal huske et telefonnummer for så å glemme det med en gang nummeret er slått.

Sykdom

Ifølge Blomquist kan forskningen også være med på å beskrive fenomener som epilepsi og migrene. Sykdommer som er vanlig i befolkningen.

- Ved å analysere matematiske modeller har vi sett på hvordan den elektriske aktiviteten beveger seg i hjernen. Epilepsi og migrene kan beskrives som en puls som beveger seg som et mønster ut i hjernen.

- En vandrende versjon av den stasjonære elektriske aktiviteten i hjernebarken kan kanskje forklare problemer som epilepsi og migrene, sier Blomquist.

Og hans forskning har gitt nye resultater på området innen modellering av populasjoner av nerveceller.

Rotteforsøk i Boston

I doktorgradsarbeidet er det benyttet data fra forsøk med rotter ved Harvard-MGH i Boston. Her har forskerne stimulert værhår på dyra og deretter målt de elektriske impulsene som sendes inn i hjernebarken på rottene.

- Rotter er brukt fordi værhårssystemet til rotta er et pent isolert system som det er enkelt å gjøre målinger på uten at du får inn en masse annen elektrisk aktivitet, sier Blomquist.

Stimulerer værhår

På bakgrunn av dataene fra rotteforsøkene i Boston har Blomquist laget egne matematiske modeller som gir ny forståelse for hvordan pattedyrs hukommelse virker.

Blant annet er det avdekket ny informasjon og økt forståelse av signalprosesser i hjernebarken hos pattedyr.

- Å bygge matematiske modeller for den elektriske aktiviteten i hjernebarken er viktig for å forstå hvordan hjernen fungerer, sier han selv om sitt omfattende arbeid.

Impulser og nerveceller

Og det Blomquist har gjort er å lage og studere matematiske modeller for nettverk av nerveceller. Blomquist har også sett på hvordan populasjoner av nerveceller kommuniserer med hverandre i hjernebarken.

"Grafikken viser at hukommelsen svikter. En ser av kurven at minnet forsvinner i løpet av kort tid."
"Grafikken viser at hukommelsen svikter. En ser av kurven at minnet forsvinner i løpet av kort tid."
"En jevn kurve som dette viser at hukommelsen fungerer. Grafikken viser at aktiviteten i hjernebarken er stabil i forhold til tiden."
"En jevn kurve som dette viser at hukommelsen fungerer. Grafikken viser at aktiviteten i hjernebarken er stabil i forhold til tiden."





Kan bety mye

At forskningen har potensial skjønner man når Blomquist skisserer muligheter for å helbrede sykdom eller bygge mer menneskelige roboter.

- Å forstå den elektriske aktiviteten i hjernebarken er viktig hvis man skal kunne helbrede eller medisinere sykdommer mer effektivt.

Forståelsen kan også brukes til å lage måleinstrumenter for å avsløre sykdom eller å lage implantater i hjernen.

- En kan også bruke slik kunnskap til å gi roboter menneskelig faktorer som syn, tale, hukommelse, forståelse og liknende, sier Blomquist om sin grunnforskning.

Ennå langt igjen

Selv om forskerne stadig øker sin viten om hvordan hjernen fungerer er det fortsatt langt igjen før alle hemmeligheter er avslørt.

- Veien til en full forståelse av hjernen er veldig lang. Jeg, med mine veiledere og medforfattere, har gjennom artiklene i avhandlingen gitt bidrag til det nevrovitenskaplige forskningssamfunnet som vi alle trenger for komme nærmere målet, sier Blomquist.

Får tittel 9.april

Patrick Blomquist fra Ski avlegger sin doktorgrad innen anvendt matematikk ved Universitetet for miljø- og biovitenskap, UMB, 9. april 2008.

Doktorgraden har tittelen “Mathematical modelling of stability and dynamics of localized activity in biological cell networks” eller på norsk: Matematisk modellering av stabilitet og dynamikk av lokalisert aktivitet i biologiske cellenettverk.