The Brain Prize: Revolutionerende teknologi vinder verdens største hjernepris

Det er helt afgørende, at forskere har gode redskaber til at studere og indsamle informationer om kroppens skjulte hemmeligheder.

Det kan for eksempel være de hemmeligheder, der gemmer sig inde i de mikroskopiske hjerneceller, og som kan være årsag til, at vi får lidelser som ADHD, skizofreni og Alzheimers.

Derfor gives verdens største, oven i købet danske, hjerneforskningspris - The Brain Prize – i år til fire forskere, der for 25 år siden udviklede en ny teknologi, der har været med til at skabe store indsigter i laboratorierne rundt omkring i verden.

»Vi kan nu studere den normale hjernes udvikling og prøve at forstå, hvad der går galt, når vi bliver ramt af ødelæggende sygdomme som Alzheimers og andre former for demens,« siger professor Povl Krogsgaard-Larsen, formand for Fonden for Grete Lundbecks Europæiske Hjerneforskningspris, der står bag The Brain Prize. Med prisen følger et beløb på én million euro, som svarer til omkring 7,5 millioner danske kroner.

To-foton-mikroskopi giver evolutionerende nye indsigter

Teknologien kaldes for to-foton-mikroskopi og sender et infrarødt laserlys ind i hjernen, der reflekteres tilbage, så forskerne kan se, hvordan de mindste celledele opfører sig i raske og syge hjerner på forsøgsdyr, mens de er vågne.

»De gamle teknikker, der kun baserer sig på at måle elektrisk aktivitet i hjernen, er som en radio, mens to-foton-mikroskopi er som et fjernsyn. Det er en helt anden dimension. Vi kan med denne teknologi se lige fra de helt små dele af cellerne, til hvordan en bestemt gruppe af celler arbejder sammen. Når vi analyserer disse data, kan vi lave helt nye og banebrydende hypoteser,« siger Maiken Nedergaard, professor på Center of Basic and Translational Neuroscience ved Københavns Universitet.

Også professor Martin Lauritzen, der ligesom Maiken Nedergaard selv bruger teknologien i sin forskning, mener, at to-foton-mikroskopi giver en langt mere præcis forståelse for cellernes funktion inde i hjernen end de gamle måleredskaber.

»Denne teknik er en revolution for den eksperimenterende hjerneforskning. Den har givet et fantastisk indblik i, hvordan hjernecellerne arbejder og snakker sammen. På en fMRI-hjernescanning kan man måske se ned til 50.000 celler i et netværk. Med to-foton-mikroskopi kan vi se mikroskopiske dele eller de såkaldte organeller helt inde i cellen. Men vi kan også se på hele grupper af celler arbejde på samme tid. Vi er nede i en helt anden størrelsesorden end nogensinde før,« siger Martin Lauritzen.

Laserlys giver blik for sagen

I øjeblikket bruger man kun teknologien på forsøgsdyr, for eksempel mus, da det kræver, at man fortynder kranieskallen, så det infrarøde lys fra laseren kan komme igennem og ned i hjernen. Derfor gør man det også kun med forsøgsdyr som mus indtil videre. Men teknologien er stadigvæk utroligt givende, mener Martin Lauritzen.

»Vi kan i høj grad bruge mus til at blive klogere på, hvordan mennesker fungerer. Mennesker og mus deler mange af de samme grundlæggende mekanismer, for eksempel behovet for søvn. Vi har også mange af cellernes indre bestanddele til fælles,« konstaterer Martin Lauritzen.

To-foton-mikroskopi kræver samtidig, at de celler i hjernen, som forskerne vil undersøge, markeres med flourescerende molekyler. Det kan blandt andet ske gennem en indsprøjtning af stoffet eller ved at fremavle genmodificerede forsøgsdyr. Når forskere sender lyset ned på det flourescerende stof i hjernen, sender det lyskvanter tilbage ind i et mikroskopkamera, som så tegner et billede af, hvad der sker i celler.

Ny forståelse af vores søvnbehov

Maiken Nedergaard bruger to-foton-mikroskopi i sin forskning og har på den baggrund givet en ny forståelse af vores behov for søvn.

»Vi har fundet ud af, at nervecellernes støtteceller starter med at pumpe spinalvæske ind i hjernen, når mus sover. Væsken fjerner så de affaldsstoffer, der ophober sig i hjernen, når de er vågne. Vi mener, at denne rengøring også er årsag til, at vi mennesker har brug for at sove syv til otte timer hver dag. Pumpning af spinalvæske er ikke mulig, når vi er vågne. Det ville være som at holde en fest og gøre rent på samme tid. Det er to helt forskellige opgaver,« siger Maiken Nedergaard, der lige har modtaget en pris af det anerkendte tidsskrift Science for årets gennembrud i 2014.

LÆS MERE: Kan søvn bremse skizofreni, Alzheimer og ADHD?

Vi kan i høj grad bruge mus til at blive klogere på, hvordan mennesker fungerer. Mennesker og mus deler mange af de samme grundlæggende mekanismer, for eksempel behovet for søvn. Vi har også mange af cellernes indre bestanddele til fælles.

Professor Martin Lauritzen, KU

Nervecellernes støtteceller kommunikerer ikke via elektriske impulser, som neuroner gør, og af den grund har man ikke kunnet måle deres aktivitet præcist, før to-foton-mikroskopi blev udviklet.

Det har gjort, at forskere nu har fået langt større indsigt i støttecellernes funktion, blandt andet at støttecellerne kan spille en større rolle i at skabe vores mentale processer som tanker og følelser, end man først troede.

LÆS OGSÅ: Overraskende studie: Skal hjernen tænkes helt om?

Fremtiden ser lys ud

Maiken Nedergaard mener, at teknologien i fremtiden vil blive brugt i flere og flere områder af forskningen, og det vil give helt nye indsigter.

»For eksempel kan to-foton-mikroskopi bruges til at undersøge epilepsi og Alzheimers og rent faktisk se, hvad der sker i hjernen under et epileptisk anfald eller at følge, hvordan nervecellerne langsomt mister deres funktion som Alzheimers-sygdommen skrider frem. På de områder tror jeg, teknologien bliver helt revolutionerende,« siger Maiken Nedergaard.

Kronprinsen siger go’ for forskningen

The Brain Prize overrækkes af Kronprins Frederik den 7. maj 2015 i København til de fire udviklere af to-foton-mikroskopi.

Prismodtagerne er tyske Winfred Denk, rumænske Arthur Konnerth, tjekkiske Karel Svoboda og amerikanske David W. Tank, der altså alle har været med til at udvikle og anvende teknologien.