Image
""

Gridcellene til rottene oppførte seg ikke slik etablerte modeller forutså. Foto: Ola Sæther/UiO

Skudd for baugen for etablert teori om hjernens GPS

Gridceller er hjernens GPS-system. Men hvordan får de informasjon om fart og retning? Etablert teori overlevde ikke rotte-eksperimentene ved UiO.

Gridcellene trenger fortløpende informasjon om retningen og farten når du beveger deg i et rom. Slik lager cellene et slags et kart i hjernen vår som vi navigerer og orienterer oss ut fra. Men hvordan gjør de det?

– En av teoriene som er foreslått, er at rytmiske hjernebølger bærer med seg denne informasjonen, sier førsteamanuensis Torkel Hafting ved Institutt for medisinske basalfag ved UiO.

Han forteller om en tidligere studie der forskerne bedøvet et område i hjernen som gjorde at en type hjernebølger forsvant. Da forsvant også gridcellemønsteret. «Kartet» ble borte.

– Nå ville vi finne ut om dette skyldtes at hjernebølgene forsvant eller ble endret, eller om årsaken var at kontakten med andre steder i hjernen ble brutt, sier Hafting.

– De etablerte teoretiske modellene for hvordan hjernen skaper disse kartene har til en viss grad vært underbygget empirisk, men nå har vi verktøy som gjør at vi kan teste dem, professor Marianne Fyhn fra Institutt for biovitenskap.

– Nå kan vi manipulere hjernecellene akkurat som vi vil. Vi kan slå dem av og på, og vi kan også styre hastigheten på hjernebølgene, sier Fyhn.

Hafting og Fyhn er begge tilknyttet Centre for Integrative Neuroplasticity (CINPLA), og de var med på å oppdage gridceller da de jobbet sammen med Edvard og May-Britt Moser, som fikk Nobelprisen i medisin for nettopp oppdagelsen av gridceller.

Laget raskere hjernebølger enn det som er naturlig

For å kunne styre hjernecellenes aktivitet satte de inn molekylære «lysbrytere» i cellemembranen til bestemte hjerneceller hos rottene. Ved å sende små pulser med laserlys inn i hjernen kunne de styre hjernebølgene.

Hjernebølger oppstår når mange hjerneceller har aktivitet i takt. Med laserlyset forstyrret forskerne de naturlige hjernebølgene. For å få til dette opererte forskerne inn hårfine ledninger og en optisk fiber i hjernen på rotter.

Når de skulle gjøre forsøk, monterte de på tynne kabler som hang i et taljesystem ned fra taket slik at rottene kunne bevege seg fritt rundt omkring.

Førsteamanuensis Torkel Hafting. Foto: UiO

– På den måten kunne vi bruke laserlys for å lage raskere hjernebølger enn de som finnes naturlig i rottehjernen. Samtidig registrerte vi aktiviteten til gridceller. Rottenes adferd ble ikke påvirket, sier Hafting.

– Selv da hjernebølgene ble drevet opp i en frekvens som var mer enn tre ganger så høy som den naturlige, hadde dette ingen effekt på gridcellenes mønster. Dette tyder på at hjernebølgene ikke brukes av gridcellene for å få informasjon om fart eller retning, forteller han.

LES OGSÅ: Professorer lærer kunstig intelligens av rotter

Hjernebølger kan ha noe å si for kontakten med andre områder

Hafting og teamet hadde på forhånd en viss skepsis til hvor mye hjernebølgene hadde å si. Likevel forteller postdoktor Mikkel Lepperød at resultatet var helt slående.

– Vi regnet faktisk med at det skulle skje langt større endringer, sier han.

Professor Marianne Fyhn og postdoktor Mikkel Elle Lepperød . Foto: Ola Sæther/UiO

Andre studier som har sett på hjernebølger i tinninglappen, har vist at visse former for læring og hukommelse blir ødelagt dersom hjernebølgene blir endret.

– Med andre ord er det sannsynlig at hjernebølgene er viktige for informasjonen som blir sendt mellom gridceller og andre hjerneområder. Dette gjenstår å teste i fremtidige studier, sier Lepperød.

– Hjernebølger finnes i mange hastigheter og er involvert i mange hjernefunksjoner. De er også viktige for informasjonsflyten i hjerne og for å lære og huske, så vi påstår ikke at de ikke er viktige. Det vi sier er at de ikke er viktige for selve stedsinformasjonen i disse hjernekartene, sier Fyhn.

– Det kan hende hjernebølgene er viktige for den etablering av kartene i nye omgivelser, men det vet vi ikke ennå. Det gjør vi forsøk på akkurat nå, forteller Fyhn.

Forskerne må nå gå tilbake i tenkeboksen. Gridceller er noe av de første som blir skadet når personer utvikler Alzheimers sykdom, og forskningen kan derfor være viktig for å kunne forstå slike hjernesykdommer.

Denne artikkelen ble først publisert hos Institutt for medisinske basalfag

Vitenskapelig artikkel:

Mikkel Elle Lepperød, Marianne Fyhn, Torkel Hafting mfl: Optogenetic pacing of medial septum parvalbumin positive cells disrupts temporal but not spatial firing in grid cells, Science Advances, mai 2021.