Sådan taler elektroder hjernens sprog
Hjernen og nerverne taler sammen – men kan man bryde ind i deres samtale og snyde hjernen til for eksempel at glemme smerter? Danske forskere leder et nyt kæmpeprojekt, der skal finde svaret.

Der er mange måske'er i arbejdet med elektrisk stimulation af nerver, men det er sikkert, at forskerne er i stand til at aflæse det sprog, nerver og hjerne taler med hinanden, og at elektricitet er den naturlige måde at imitere sproget. (Foto: <a href="http://www.shutterstock.com/pic-60390484/stock-photo-active-nerve-cell-i... target="_blank">Shutterstock</a>)

Dine nerver kan tale. Det gør de med små elektriske beskeder, som flyver frem og tilbage til hjernen i fuld fart.

Det er de små elektriske beskeder, der bliver sendt fra hjernen og ud via nerverne til kroppen, der gør dig i stand til at flytte din hånd med musen, så du kan scrolle ned gennem denne tekst, og det er dem, der får din arm til at række ud og fingrene til at lukke sig om hanken på den kaffekop, der måske står ved siden af din computer, mens du læser.

Den 'snak', der foregår mellem hjerne og nerver, er helt afgørende for, at vi kan fungere, og derfor arbejder forskere verden over konstant på at lære at forstå snakken og at imitere den.

Bliver det muligt at erstatte de elektriske signaler fra hjernen med for eksempel elektrisk stimulation udefra, kan man måske en dag langt ude i fremtiden eksempelvis hjælpe lamme personer med at få kontrol over kroppen igen.

Det første og lige nu største mål er dog at undersøge, om elektrisk stimulation, der blander sig i hjernens snak med nerverne, kan hjælpe personer, der har fået amputeret for eksempel en hånd med at slippe for de såkaldte fantomsmerter, som mange af dem oplever.

Hvis det viser sig at være muligt, kan metoden bane vej for, at en masse mennesker bliver smertefri, og på længere sigt kan metoden måske udvikles til at lave proteser, der bliver styret med hjernens egne signaler.

Vil efterabe hjernen og nervernes sprog

Fakta

Fantomsmerter
Fantomsmerter er de smerter, en amputeret person oplever som kommende fra den kropsdel, der ikke længere er der. Forskerne ved meget lidt om, hvorfor fantomsmerter opstår, men flere teorier handler om, at hjernen ikke kan fortolke de signaler, der strømmer til fra den ødelagte nerve og fra området, hvor der pludselig mangler en kropsdel til at ’svare på opkaldet’.

Metoden bliver de næste fire år testet i det store forskningsprojekt EPIONE, som er forankret på Aalborg Universitet, hvor lektor Winnie Jensen fra Institut for Medicin og Sundhedsteknologi er primus motor for en gruppe på 12 internationale partnere.

»Hele nervesystemet snakker med elektricitet. Det er derfor, vi både kan lytte til dem og påvirke dem. Vi har rigtig meget erfaring i det med at lytte til nerverne for at afkode, hvad det er for en kommando, der sendes ud fra hjernen via nerven, men vi har lidt mindre erfaring omkring at stimulere nerven og få feedback fra en forsøgsperson på, hvordan det føles,« fortæller Winnie Jensen.

Forskernes mål er at 'tale' til hjernen gennem nerverne ved at sende elektrisk stimuli ind via nogle elektroder, der bliver opereret ind i nerver, der ligger tæt på amputationsstedet. Teorien er endnu kun testet én gang, på Dennis Aabo Sørensen, som blev landskendt for at have lært at føle med sin protese. Dét var dog kun en mindre del af, hvad hans deltagelse i forsøget gik ud på, som du kan læse meget mere om her.

Forstå, operér, stimulér

Vi ved endnu ikke, om Dennis blev fri for fantomsmerter, efter at han fik indopereret elektroder og blev stimuleret med elektricitet, for resultaterne er endnu ikke publiceret i et videnskabeligt tidsskrift og derfor ikke endelig 'godkendt'. Men at han lærte at føle gennem sin protese tyder på, at det i hvert fald er muligt for forskerne at snakke hjernens sprog gennem elektricitet. Men hvordan gør man så det?

  • Første skridt er selvfølgelig at lære at forstå sproget. Ellers kan man jo dårligt imitere det. Forskerne har i mange år lyttet til nervernes snak med hjernen gennem forskellige målemetoder, som Winnie Jensen fortalte ovenfor. 
    »Et eksempel er, hvis der er nogen, der prikker på din finger. Hvis forskerne måler inde i fingerens nerver kan man på baggrund af de signaler, der flyver frem og tilbage fra finger til hjerne, vurdere, hvor hårdt der bliver prikket,« forklarer Winnie Jensen.
     
  • Næste skridt er at gøre det muligt at blande sig i samtalen inde i nerverne. Derfor er det nødvendigt at indoperere en elektrode, der kan sende elektriske impulser styret af forskerne ind i nerven og ad den vej op til hjernen. Læs, hvad en kirurg fortæller om den komplicerede operation i denne artikel
     
  • Tredje skridt er, at forskerne skal justere sig ind på detaljerne i nervernes sprog. Det gør de ved at teste, hvad der får forsøgspersonen til at mærke noget. Det kan for eksempel være en følelse af, at den tommelfinger, der ikke længere er der, bevæger sig, eller at man bliver strøget i den håndflade, der mangler. Forskerne finder ud af det ved at stimulere forskellige steder i nerven med forskellig styrke. Til sidst har forskerne sporet sig ind på, hvordan de skal stimulere den enkelte patient, hvis de skal gå ind og afhjælpe fantomsmerterne. Winnie Jensen forklarer, at vi alle sammen har et mentalt landkort inde i hovedet, og når man har fået amputeret en kropsdel, passer landkortet og virkeligheden ikke sammen, og der flyver nogle signaler frem og tilbage, som hjernen ikke forstår.

»Vi vil påvirke hjerne-signalerne, så det mentale landkort og kroppens udseende kommer til at passe sammen igen, og det gør vi ved at sende elektricitet fra nerverne og op til hjernen,« forklarer Winnie Jensen.

Envejs– og måske tovejskommunikation

Når forskerne sender signaler fra nerverne til hjernen via elektroderne, er der tale om envejskommunikation. Men at Dennis Aabo Sørensen lærte at føle via sin protese demonstrerer, at det måske også er muligt at udnytte elektroderne til tovejskommunikation.

Det første og lige nu største mål er at undersøge, om elektrisk stimulation, der blander sig i hjernens snak med nerverne, kan hjælpe personer, der har fået amputeret for eksempel et ben, med at slippe for de såkaldte fantomsmerter, som mange af dem oplever. (Foto: <a>Shutterstock&lt;/a&gt;)

»Forskeren brugte resultaterne fra den proces, hvor vi testede, hvilke stimuli der gav Dennis en følelse af, at vi for eksempel rørte ved hans hånd, til at stimulere med elektricitet samtidig med at han brugte sin protese. Det svarer til at imitere de signaler, du og jeg får fra vores hånd, når vi rører ved noget,« forklarer Winnie Jensen.

At det kunne lade sig gøre peger på, at der er en i hvert fald teoretisk mulighed for at indbygge elektrisk stimuli i protesen, så den sender elektricitet til de elektroder, der stimulerer de rigtige steder, når protesen er i brug – det giver brugeren af protesen en oplevelse af at 'føle' gennem protesen.

Muligvis kan man også på lang sigt lære protesen at aflæse de signaler, der kommer tilbage fra hjernen – på den måde kan man måske en dag få en hjernestyret protese, der virker som en rigtig hånd.

Måske, måske, måske

Der er mange måske'er i arbejdet med elektrisk stimulation af nerver, både med henblik på at kurere fantomsmerter og i at lære proteser at føle og aflæse signaler fra hjernen. Forskerne i EPIONE-projekter er stadig blot ved at teste konceptet.

Men det er sikkert, at forskerne er i stand til at aflæse det sprog, nerver og hjerne taler med hinanden, og at elektricitet er den naturlige måde at imitere sproget. Så nu handler det om tid.

»Potentialet i konceptet med at imitere snakken mellem nerver og hjerne går ud over EPIONE-projektets målsætning omkring fantomsmerter. Men før vi går videre med at udforske mulighederne, skal vi finde ud af, om denne teknologi med elektroder er sikker og kan udvikles til et produkt, der hjælper på fantomsmerter,« understreger Winnie Jensen.

EPIONE-projektet løber indtil 2017, hvor forskerne håber at vide, hvordan de bedst imiterer nervernes sprog. Hvis alt går vel, håber de at have så positive og grundige resultater af deres undersøgelser, at et firma vil samle konceptet op og udvikle det, så mange flere mennesker kan få hjælp til deres fantomsmerter.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud