Image
Marianne Fyhn. Foto: Elina Melteig

For 16 år siden fant Marianne Fyhn stedsansen i hjernen. Foto: Elina Melteig/UiO

Skal avsløre Alzheimer med kunstig intelligens, forsøksmus og manipulerte gener

Marianne Fyhn skal bruke kunstig intelligens, virus og manipulerte gener for å finne ut av hvorfor noen får Alzheimer.

– Vi studerer det området i hjernen der Alzheimers sykdom starter, forteller professor Marianne Fyhn på Institutt for biovitenskap ved UiO.

Med seg har hun noen av universitetets fremste eksperter i beregningsorientert vitenskap og kunstig intelligens.

For 16 år siden tok Fyhn doktorgraden i hukommelsesbiologi, med professorene og nobelprisvinnerne May-Britt Moser og Edvard Ingjald Moser som veiledere. Doktorgraden hennes ble kåret til verdens beste av den amerikanske foreningen Society for Neuroscience.

Nå driver Marianne Fyhn, sammen med Anders Malthe-Sørenssen og Torkel Hafting, sitt eget hjerneforskningslaboratorium, der de i mange år har studert hvordan hjernen kan lære seg nye ting samtidig som de lagrete minnene ikke forsvinner. De har spesielt sett på hvordan hjernen vår er i stand til å huske hvor vi har vært.

Er du interessert i forskningsnyheter om realfag og teknologi: Følg Titan.uio.no på Facebook eller abonner på nyhetsbrevet vårt

Flaskehals

Stedsansen er i et helt spesielt område i hjernen, nær hukommelsessenteret hippocampus, som kalles for entorhinal cortex.

– Dette området i hjernen er en slags flaskehals, der informasjonen strømmer til og fra de andre store hjerneområdene, slik som hippocampus.

Entorhinal cortex kan deles opp i en medial og en lateral del.

– De to områdene har forskjellige funksjoner.

Stedsansen sitter først og fremst i medialdelen.

Lateraldelen har vist seg å være viktig for at vi skal kunne se sammenhengen mellom ting og for relasjonen vår til verden i tid og rom. Den laterale delen er mindre forstått enn mediandelen. Det er den forskerne skal undersøke nærmere nå.

Les mer om forskningen til Fyhn: «Nettingstrømper» beskytter langvarige minner i hjernen

Angripes først

De nyeste studiene av pasienter med Alzheimers sykdom viser at det er nettopp denne delen av hjernen, altså den laterale delen, som blir angrepet først.

– Det gir mening. Tidlig i sykdomsforløpet, før Alzheimer-pasienter blir stedsforvirret, kan de også få problemer med oppfatningen av tid. Når de ikke husker hva som er tidlig og sent, blir det vanskeligere for dem å se sammenhenger, sier Fyhn.

Og vel så viktig: For å forstå sammenhenger er det viktig for oss å kunne gjenkjenne underliggende strukturer.

– Både mennesker og dyr er veldig gode på å gjenkjenne og abstrahere mønstre og strukturer i omgivelser og bruke denne kunnskapen til å lære noe nytt i andre omgivelser. Det har Alzheimer-pasienter problemer med ganske tidlig, sier Fyhn.

Hun skal nå bruke en rekke sinnrike metoder for bedre å forstå den laterale delen i hjernen. Her skal hun se både på hvordan læringen skjer og hvordan informasjonen lagres. Dette kan gi oss svar på de tidlige symptomene på Alzheimer-sykdommen når denne delen av hjernen endrer seg.

Alzheimer-pasienter lider litt av den samme svakheten som systemer bygd på kunstig intelligens. Selv om kunstig intelligens er svært godt egnet til å lære seg å gjenkjenne bilder og mønstre, er den derimot dårlig egnet til å forstå noe i en ny setting.

– Vi mennesker klarer å forstå alle mulige uforutsette hendelser når vi går til butikken. Det klarer ikke kunstig intelligens. Selv om det bare skjer noen små endringer på veien, må systemene trenes nesten helt på nytt. Det samme problemet har Alzheimer-pasienter. De klarer ikke å overføre kunnskapen sin til nye situasjoner, forklarer Fyhn.

Store mengder data

Nå skal Fyhn og medarbeiderne hennes studere og tolke dataene fra flere tusen hjerneceller i muse-eksperimentene samtidig. Da må de ty til kunstig intelligens. Den store styrken til kunstig intelligens er å kunne se sammenhenger i store mengder data.

– Vi håper at kunstig intelligens kan gjøre det mulig for oss å gjenkjenne hvordan hjernecellene finner frem til de overordnete mønstrene. Da kan vi forstå hvordan hjernen vår klarer å løse overføringen av kunnskapen vi har, til nye situasjoner.

Samtidig skal forskerne bruke hjernens egne løsninger til å forbedre den kunstige intelligensen. Denne måten å tenke på er også i emning internasjonalt.

– Vi vil ha en tett kobling mellom eksperimenter, beregninger og kunstig intelligens. Vi bruker altså kunstig intelligens til å lage målrettete eksperimenter og forstå de komplekse hjernedataene, samtidig som vi skal bruke hjernens egne løsninger til å utvikle nye datasystemer bygd på kunstig intelligens, sier Fyhn.

""
For å undersøke hvordan hjernen fungerer, må Marianne Fyhn gjennomføre eksperimenter på forsøksmus. Foto: Gunhild M. Haugnes/UiO

Virus med genfeil

Kunstig intelligens er likevel ikke nok. For å undersøke hvordan hjernen fungerer, må forskerne gjennomføre eksperimenter på forsøksmus. Da trenger de mus med Alzheimer.

Ettersom mus ikke får Alzheimers sykdom – dette er en sykdom som bare rammer oss mennesker – har forskerne frem til nå avlet frem såkalte Alzheimer-mus med genfeil fra mennesker.

Nå har forskerne fått enda en mulighet. I stedet for å lage en ny mus, der alle cellene har den samme genfeilen, skal postdoktor Elise Holter Thompson pakke de ønskete genfeilene inn i virus og sprøyte dem inn i det spesielle området i musehjernen, slik at virusdosen bare infiserer de celletypene de ønsker å se på.

Og som om dette ikke er nok: Demenssykdommen og mange andre hjernesykdommer skyldes ikke bare ett gen. Det kan kanskje være snakk om små variasjoner i opptil flere hundre gener. Alle genene samvirker med hverandre. Og det er mange gener som er involvert i hvordan hjernecellene våre snakker sammen.

Takket være matematiske modeller kan forskerne lage en modell av hjernecellene og regne seg frem til hva som skjer i hjernen hver gang de gjør noen små endringer i genene. Da kan de gå mer målrettet til verks når de skal teste ut teoriene på forsøksmusene.

De nye forsøkene er fortsatt i startgropen. Forskergruppen til Fyhn har startet å registrere hva som skjer i hjernecelleområdene.

– Vi vet nå at metodene våre fungerer og at vi kan gjøre de manipuleringene i hjernen vi ønsker. Nå er vi i gang med å samle inn data, sier Fyhn.

Denne saken ble først publisert i Apollon.