Forsker: Hjerneceller kan påvirke hinanden uden at have kontakt

Hjernen er den mest komplekse maskine, vi kender til, og den bliver ved med at overraske.

En ny undersøgelse viser, at nerveceller i hjernen kan aktivere hinanden gennem elektriske felter og starte en bølge af aktivitet, uden at være forbundne eller tæt op af hinanden (se faktaboks for mere om elektriske felter). Det har ellers været gængs antagelse, at nervecellerne kun påvirker hinanden ved at udveksle atomer eller molekyler (se faktaboks).

Det er en vigtig opdagelse, da det giver os en mere komplet forståelse af, hvordan hjerneceller kommunikerer og påvirker hinanden, konkluderer forskerne bag undersøgelsen.

»Med en mere komplet forståelse af, hvordan celleaktiviteten i hjernen fungerer og spreder sig, kan vi forhåbentligt komme tættere på at kurere hjernelidelser som epilepsi, men også forstå, hvad der sker under søvnen,« skriver Dominique Durand i en mail til Videnskab.dk.

Han er professor i biomedical engineering ved Case Western Reserve University i USA og medforfatter til forskningsartiklen, der lige er blevet udgivet i tidsskriftet The Journal of Neuroscience. Danske forskere er dog mere skeptiske omkring det nye studies resultater - mere om det længere nede i artiklen.

Fysikere går på opdagelse i hjernen

I tidligere undersøgelser har man målt bølger af celleaktivitet, som bevæger sig langsommere gennem hjernen, end man kan forklare med den nuværende viden om, hvor hurtigt celler aktiverer hinanden.

Bølgen af aktivitet er for eksempel målt under søvn og i hjerneområdet hippocampus, som er forbundet med vores hukommelse og evne til at finde vej.

Forskerholdet fra Case Western Reserve University i USA ville teste, om disse bølger kunne være forårsaget af de svage, elektriske felter, der findes omkring levende celler.

For tjekke om teorien holdte vand, og om det var fysisk muligt, at cellerne kunne påvirke hinanden gennem elektriske felter, startede forskerne med at lave en computersimulation af hjernevæv, hvor de indtastede de fysiske formler og informationer om de elektriske felter der opstår omkring cellerne, og hvad der skal til, før et elektrisk felt påvirker en celles aktivitet.

Computersimulationen viste, at selvom det naturlige elektriske felt omkring en celle er svagt, så er det alligevel stærkt nok til at påvirke og aktivere tætliggende naboceller, der så påvirker deres naboceller og så videre. På den måde vil der kunne sendes en bølge af aktivitet af sted gennem hjernen med en hastighed på cirka 10 centimeter i sekundet.

Elektriske felter sætter gang i den langsomme aktivitetsbølge

Dernæst målte forskerne, hvad der skete med den langsomme bølge af aktivitet i musehjerner, når forskerne brugte et såkaldt modfelt, et elektrisk felt, der modvirkede det felt cellerne havde omkring sig.

Resultatet viste, at den langsomme bølge af aktivitet i musehjernerne blev bremset.

Samlet set peger det på, at det er elektriske felter, som sætter den langsomme bølge af aktivitet i gang, konkluderer forskerne.

»Det næste skridt er at undersøge, om bølgen af aktivitet er forbundet med bestemte funktioner i hjernen, såsom hukommelse og søvn,« skriver professor Dominique Durrand i mailen til Videnskab.dk.

Danske forskere: Vi mangler den rygende pistol

Ikke alle forskere er dog lige optimistiske omkring studiets resultater, da der mangler bedre beviser på, at det er elektriske felter, som skaber denne aktivitet, før man kan gå videre, siger professor Thomas Heimburg, biofysiker og professor på Niels Bohr Instituttet ved Københavns Universitet.

»Forskerne kan ikke helt udelukke, at den langsomme bølge af aktivitet i hjernen er forårsaget af noget andet end de elektriske felter, med denne undersøgelse. Men det er helt klart et interessant resultat, da det peger på, at elektriske felter kan have noget at sige i hjernen,« siger Thomas Heimburg. Han har ikke bidraget til undersøgelsen.

Heller ikke lektor Rune Berg fra Institut for Neurovidenskab og Farmakologi ved Københavns Universitet er overbevist om, at det er elektriske felter, der skaber den langsomme bølge af aktivitet i hjernen.

»Når forskerholdet bruger et elektrisk felt til at modvirke de elektriske felter omkring cellerne, kan de meget vel gå ind og påvirke almindelige kemiske processer mellem cellerne, hvor det elektriske spændingsfelt er afgørende. På den måde isolerer forskerne ikke forklaringen til at være elektriske felter,« siger Rune Berg og fortsætter:

»Jeg tvivler selv på, at de her svage, elektriske felter er involveret i hjernens normale funktioner. Måske det kunne være hjernens processer under søvn, som vi ved lidt om, men det er stadig meget spekulativt.«

Han forsker i, hvordan hjerneceller signalerer til hinanden, men har heller ikke bidraget til undersøgelsen.

Måske alligevel godt nyt til epilepsipatienter

Vi skal sørge for at være åbne overfor andre måder at forstå, hvordan hjernen fungerer på, end den gængse opfattelse, man finder i lærerbøgerne.

Professor Thomas Heimburg

Selvom Rune Berg stadig mangler at se endegyldige beviser for, at de elektriske felter er involveret i hjernens almindelige funktioner, så er han positivt stemt overfor, at der kan være noget om snakken, når det drejer sig om sygdomme som epilepsi.

»Ved et epilepsianfald går hjerneceller i selvsving og aktiverer hinanden ukontrolleret. Denne ukontrollerede selvsving kan skyldes flere faktorer, men i bund og grund opstår den på grund af en hyper-sensitiv og ustabil tilstand blandt hjernecellerne, og ustabiliteten kan muligvis blive forstærket af de elektriske felter i hjernen,« siger Rune Berg.

»Hvis cellerne rent faktisk kan starte bølger af aktivitet med elektriske felter, vil det være en form for ukontrolleret aktivitet, som adskiller sig fra almindelig hjernecelleaktivitet. Cellerne har nemlig ikke en måde at kontrollere de elektriske felter på, da de automatisk er tilstede ved normale processer i cellen. Det er derfor ikke helt utænkeligt, at der kan være en forbindelse mellem den ukontrollerede aktivitet under epilepsi og aktiviteten forårsaget af svage, elektriske felter,« siger han.

Af samme grund, mener Rune Berg heller ikke, at der er tale om, at cellerne kommunikerer ved hjælp af elektriske felter.

»Man skal passe på med at sige, at cellerne kommunikerer, bare fordi de påvirker hinanden. Det kræver, at cellerne kan skrue op og ned for det elektriske felt og kan stoppe det, før man kan sige, at de signalere til hinanden. Den mulighed for at kontrollere de elektriske felter har cellerne, så vidt vi ved, ikke. Det er også et fundamentalt problem [for teorien], at cellerne ikke kan styre, hvilke andre celler der skal modtage den elektriske kommunikation. Elektriske felter udbreder sig jo i alle retninger. Dette ville kraftigt begrænse hjernens regnekapacitet.«

Forskere skal være åbne overfor nye muligheder

Det er dog vigtigt at holde et åbent sind overfor andre forklaringsmuligheder, end dem vi kender, siger professor Thomas Heimburg.

»Vi skal sørge for at være åbne overfor andre måder at forstå, hvordan hjernen fungerer på, end den gængse opfattelse, man finder i lærerbøgerne. Flere undersøgelser har vist, at der kan være andet på spil, når det kommer til celleaktivitet, end bare kemi, for eksempel det tryk, der kan være på cellerne,« siger Thomas Heimburg.

»Man kigger generelt på den kemiske aktivitet hjernen, når man leder efter årsager til sygdomme og ønsker at udvikle lægemidler. Derfor er det spændende, at disse forskere går til det lidt anderledes og kigger på elektriske felter. Men måske der kunne være en helt tredje eller fjerde forklaring på den langsomme bølge af aktivitet, vi endnu ikke har fundet. Derfor skal der flere beviser til,« siger han.