En gruppe forskere har lavet et kort over, hvordan grupper af hjerneceller i en musehjerne er koblet sammen.
Det er den hidtil mest komplicerede hjerne, som er blevet kortlagt på denne måde. Godt nok blev rundormen Caenorhabditis elegans’ hjerne kortlagt i 1986, men den har kun 302 hjerneceller.
I sammenligning har musehjernen 75 millioner hjerneceller. Der er dog alligevel stadig et langt stykke vej til menneskehjernen, som har over 1.000 gange flere hjerneceller, nemlig 100 milliarder.
Resultaterne, der publiceres i det videnskabelige tidsskrift Nature, er foreløbig kronen på værket i et åbent projekt kaldet ’Allen Mouse Brain Connectivity Atlas’. Dette atlas kan frit studeres af alle på internettet.
Via dette link til 'Mouse Connectivity' kan du selv udforske musehjernen i 3D.
Andre forskere kan drage nytte af hjernekort
»Der er tale om et stort fremskridt, og disse forskere følger en ædel vision, når de gør resultaterne tilgængelige for alle,« siger Jonathan Whitlock til forskning.no.
Jonathan Whitlock er forsker ved Kavli Institute for Systems Neuroscience i Trondheim, og han arbejder med at kortlægge, hvordan hjernecellerne i musehjerner virker sammen.
»Hjernekortet bliver nyttigt for os, når vi skal bestemme, hvor elektroderne skal fæstes til hjernen i fremtidige forsøg,« siger han.
Forskerne bag Allen Mouse Brain Connectivity Atlas mener, at deres kort også vil blive nyttigt til at forstå menneskehjernen.
Kort viser hjernecellers sammenkobling
Som navnet siger, er projektet finansieret af Paul Allen. Han grundlagde firmaet Microsoft sammen med Bill Gates, og bruger nu sin formue på at kortlægge mus og menneskers hjerner.
Foreløbig er det altså musehjernen, der har fået sit atlas først. Men atlaset er ikke komplet. Forskerne har kun kortlagt, hvordan grupper af hjerneceller er koblet sammen.
Grupperne kan sammenlignes med byer på et vejkort, som er forbundet med store motorveje. Småvejene svarer til koblingerne mellem de enkelte hjerneceller.
Virus oplyser koblingerne mellem hjerneceller
For at finde de store motorveje i hjernen, har Hongkui Zeng og hendes kollegaer sprøjtet en speciel type virus ind i musehjerner. Virusset inficerer hjernecellerne uden at skade dem, selvom musene bliver aflivet senere, så forskerne kan studere cellerne i tynde snit.
En hjernecelle udsender et nervesignal gennem en tynd udløber, en axon. Det er axonerne, som Hongkui Zeng og hendes kollegaer har kortlagt.
Virusserne løber samme vej gennem hjernecellerne, som nerveimpulserne følger.
De spreder sig fra hjernecellen ud i axonet, videre over et mellemrum, der kaldes synapsen og til en af modtagertrådene i næste nervecelle, kaldet dendritter.
Lys afslører styrken
Virusserne er genetisk ændret, så de udsender stoffer, som lyser under et specielt mikroskop.
Ud fra, hvor det lyser stærkest, kunne Hongkui Zeng og kollegaerne vise, hvilke grupper af hjerneceller, der var stærkest koblet til hinanden, og hvor koblingerne var svagere.
Styrken på koblingerne varierede kraftigt med nogle få stærke koblinger og langt flere, der var svagere.
1.231 mus gav viden om den almene musehjerne
Musehjernen, som er kortlagt, tilhører ikke en bestemt mus. Den er bygget op efter observationer af 1.231 enkelte mus.
Alligevel er alle disse musehjerner lige nok til, at forskerne har kunnet lave en slags almen musehjerne.
»Kortet er nøjagtigt ned til 100 mikron, som er en tiendedel millimeter. Med denne nøjagtighed kan vi se, hvordan grupper af hjerneceller er koblet sammen,« siger Jonathan Whitlock.
»Hvis kortet skulle vise hver enkelte nervecelle med synapser og dendritter, måtte nøjagtigheden være ned mod en mikron, altså en tusindedel millimeter,« siger Jonathan Whitlock.
Det betyder, at Allen Mouse Atlas ville vokse fra dagens 1.800 terabyte til nærmere en million gange mere, altså 1,8 milliarder terabyte.
»Et sådan atlas vil blive den næste store milepæl for neurovidenskaben i det 21. århundrede,« siger Jonathan Whitlock.
Kort siger ikke noget om hjerneaktiviteten
Men selvom det i fremtiden skulle lykkes forskerne at lave et vejkort over de allermindste veje og den enkelte hjernecelle, fortæller dette kort ikke noget om trafikken langs disse veje.
Med andre ord: Det siger ikke noget om aktiviteten i hjernen, hvordan nerveimpulserne glimter gennem netværket af levende hjerneceller, altså hvordan vi tænker.
I fremtiden vil forskerne udvide kortet med flere detaljer. Der findes for eksempel flere forskellige typer hjerneceller. De virker alle på forskellige måder med forskellige stoffer, der overfører nerveimpulserne.
For at finde ud af alt dette og mere, må forskerne bruge genmodificerede virus, som kobler sig til specielle processer i nervecellerne.
Forskere undersøger en gruppe hjerneceller ad gangen
Men vil vi nogensinde få et kort, der beskriver både nervecellerne, og hvordan nerveimpulserne skaber tanker og forestillinger i hele hjernen?
Jonathan Whitlock og hans kollegaer på Kavli Institute for Systems Neuroscience angriber problemet fra den anden ende.
I stedet for at gabe over hele hjernen i en mundfuld, tager de en gruppe hjerneceller for sig og studerer dem detaljeret i levende mus.
Nyt forsøg skal registrere aktivitet af op til 1000 hjerneceller
»Vi skal nu i gang med en ny metode, hvor musene kravler rundt med et lillebitte mikroskop fæstnet til hovedet,« fortæller Jonathan Whitlock.
»Mikroskopet registrerer aktivitet i den enkelte hjernecelle, ved at kalcium flyder ind i cellen og laver et lille glimt,« fortsætter han.
»På den måde vil vi kunne registrere aktiviteten af op til 1000 hjerneceller i realtid,« siger Jonathan Whitlock.
Jo flere hjerneceller, der kan registreres på denne måde, jo mere komplekse og højtstående former for hjerneaktivitet kan forskerne kortlægge.
»Det bliver som at høre orkesteret spille sammen, ikke blot hvert instrument hver for sig,« siger Jonathan Whitlock.
Detaljeret kortlægning af menneskehjernen er det ultimative mål
Men Jonathan Whitlock slår koldt vand i blodet på de, der håber på et detaljeret kort af menneskehjernen inden for en overskuelig fremtid.
»Det ultimative mål er at lave en komplet datamodel af menneskehjernen med alle hjerneceller, og hvordan de virker sammen ligesom for eksempel i det schweiziske Blue Brain Project,« siger han.
»Men for at være realistiske bør vi hellere håbe på en sådan kortlægning af hjernen på en flue eller en lille fisk. Et sådan projekt er måske inden for rækkevidde, og ville virkelig tænde mig som forsker,« siger han.
©forskning.no Oversat af Anna Bestle
