Løser vi gåden om lillehjernen, kan vi måske også løse gåden om, hvorfor autisme opstår

Bagerst i hovedet, lige over nakken, ligger en bemærkelsesværdig struktur kaldet lillehjernen.

Som navnet antyder, er det en lille struktur, der udgør cirka 10 procent af vores samlede hjernestørrelse. Ikke desto mindre spiller lillehjernen en vital rolle i din hverdag.

Prøv for eksempel at røre spidsen af din næse med din finger eller stå på ét ben, disse tilsyneladende enkle handlinger skyldes centrale funktioner i din lillehjerne.

Inden for videnskaben kaldes lillehjernen for cerebellum, og den betragtes som det motoriske kontrolcenter i din hjerne, der styrer vigtige funktioner forbundet med bevægelse, koordination og balance.

Men lillehjernen gør også mere, end man hidtil har troet.

Forskere retter nu deres fokus mod cerebellum som en vigtig struktur i højere kognitive processer. Det gælder blandt andet rumlig indlæring, opmærksomhed, sprog, bearbejdning af følelser, belønningsrespons, frygtdannelse, social adfærd og endda hukommelse.

Og vinderen for flest hjerneceller er … lillehjernen

Vi bliver ofte vildledt, selv af dens navn, i forhold til hvor stor en rolle lillehjernen spiller for en velfungerende hjernefunktion. Faktisk indeholder lillehjernen betydeligt flere nerveceller end noget andet område i hjernen.

Hele hjernen huser omkring 86 milliarder neuroner, og hele 70-80 procent af disse celler er lokaliseret i lillehjernen.

Den har dog ikke kun titlen som den mest rigt forsynede hjernestruktur, den er også en af de ældste.

Paleocerebellum, som er den ældste del af lillehjernen, udviklede sig for omkring 400 millioner år siden sammen med hjernestammen. Sidstnævnte kontrollerer vores mest grundlæggende funktioner, herunder hjertefrekvens og blodtryk.

I dag ser pattedyr og primaters lillehjerne imidlertid meget anderledes ud end dengang, da den udviklede sig til også at omfatte en nyere del: neocerebellum. Den er ansvarlig for mere koordineret og kompleks bevægelse.

Lillehjernen gennemgår derfor også en af de mest omfattende og komplekse udviklinger sammenlignet med andre dele af hjernen.

De fleste områder i hjernen udvikler sig kontinuerligt op igennem barndommen og ungdommen, men de er normalt allerede dannet ved fødslen.

Til sammenligning bliver lillehjernen først dannet hos mennesker fra syvende graviditetsuge og frem til cirka 12 måneder efter fødslen.

Bænkevarmer når det gælder kognition

Som du måske ved, kan vores hjerne opdeles i forskellige anatomiske strukturer, der hver udfører forskellige afgørende funktioner.

Tag for eksempel frontallappen, der styrer vores kritiske tænkning, og amygdala, der bearbejder vores følelser, eller hippocampus, der styrer hukommelsesdannelse og -lagring.

Alle disse dele befinder sig i storhjernen.

Når det kommer til at forstå kognitive funktioner, som koncentration, læring og problemløsning og hele vores måde at tænke på, har hovedvægten primært været på disse storhjerne-strukturer.

Dem har man anset for at være nøglespillere, mens lillehjernen har været henvist til bænken.

Ikke desto mindre insisterer videnskabelig forskning fra 1970'erne på, at lillehjernen ikke bare er en kraftcentral for finjustering af bevægelser og opretholdelse af balance og holdning.

Teknologien har gjort os klogere

Efter at vi har fået magnetisk resonansafbildning (MRI) og andre teknologiske værktøjer til at ’se’ ind i hjernen, ved vi nu, at afvigelser i lillehjernen kan forklare ændringer i affektiv (følelsesmæssig) og kognitiv adfærd.

Tilbage i 1998 betegnede doktor Jeremy D. Schmahmann disse afvigelser kollektivt som 'cerebellart kognitivt affektivt syndrom'.

Som tidligere nævnt gennemgår lillehjernen en lang og meget kompleks udviklingsproces, og det gør den meget sårbar over for alvorlige skader på væv, celler og endda på molekylært niveau. Det kan føre til alvorlige neurologiske handicap.

Sygdomme, som er relaterede til lillehjernen, er ofte forbundet med motoriske defekter, såsom ataksi, der karakteriseres ved ukoordinerede bevægelser.

Forstyrrelser og udviklingen af ADHD og autisme

Men funktionsfejl i lillehjernen er også involveret i udviklingslidelser som autisme og ADHD samt psykiatriske lidelser som bipolar lidelse og skizofreni.

Dette er rodfæstet i lillehjernens evne til at påvirke kognitive processer. Det sker gennem omfattende forbindelser mellem forskellige dele af lillehjernen og andre hjerneområder (som illustreret i figur 1 nedenfor).

Men hvad er det præcist for nogen forbindelser?

For at forklare det skal vi en tur ind i hjernens nerveceller: neuronerne.

Neuroner, i deres mest enkle form, består af en celles krop (soma), nogle forgreninger, der modtager information fra andre neuroner (dendriter), og sædvanligvis én forgrening, der sender informationen videre til andre neuroner (akson).

Det sted, hvor én neurons akson møder en anden neurons dendrit, kalder vi en synapse. Og det er altså her, i de synaptiske forbindelser, at informationen bliver ’transmitteret’ videre i systemet.

Der findes cirka 600 billioner synaptiske forbindelser, og de er afgørende for kommunikation mellem neuroner, både inden for enkelte netværk i hjernen og mellem netværk af flere hjerneområder.

Hvis der sker forstyrrelser i de kritiske faser af lillehjernens udvikling, kan det derfor påvirke opbygningen af velfungerende neuroner. Og ikke mindst forbindelserne mellem neuronerne og dermed deres evne til at sende og modtage informationer.

Fejlbehæftede kredsløb i hjernen

Det kan resultere i unøjagtig dannelse af kredsløb. Dog er de nøjagtige mekanismer, der er involveret i korrekt udvikling af cerebellum, ikke fuldt forstået.

Her kan vi kan lære meget af eksperimentel forskning, og vi lever i øjeblikket i en tid, hvor videnskabelige publikationer er på et all-time high.

Dog kan nogle vigtige informationer gå tabt, eller vi kan have svært ved at se det større billede på grund af den store mængde information, der er tilgængelig for os.

Videnskabelige review er en måde at omgå disse problemer på, da de opsummerer resultaterne af originale forskningsartikler vedrørende et bestemt emne. Det gør det lettere for forskere at overskue, hvad der allerede er kendt, og hvilke spørgsmål der stadig mangler at blive stillet.

For at opnå en dybere forståelse af vores forskning sammenfattede vi derfor resultaterne fra flere end 200 videnskabelige artikler om vækstfaktorer. Disse faktorer spiller en afgørende rolle både i hjernens udvikling og vedligeholdelse.

Stof til eftertanke

I vores gennemgang fokuserede vi på en specifik gruppe af vækstfaktorer kaldet neurotrofiner, der har en betydelig funktion i opbygningen af hjernen.

Vi ønskede at sammenfatte og samle den aktuelle viden om, hvordan neurotrofiner fungerer i udviklingen af ​​lillehjernen.

Ordet neurotrofin har sin oprindelse i de græske ord ’neûron’, der betyder nerve, og ’trophḗ’, der betyder føde. Det er yderst passende, da de netop nærer neuronerne og på den måde er afgørende for udviklingen og opretholdelsen af en sund hjerne.

I udviklingen af lillehjernen spiller neurotrofiner en afgørende rolle i forhold til at danne forbindelser i lillehjernen. Det skyldes, at de fremmer udviklingen af både neuroner og gliaceller (støtteceller for neuroner) og hjælper dem med at overleve.

Hvis neurotrofiner mangler eller ikke udfører deres funktion korrekt, kan hjernen gennemgå ændringer, der er skadelige for dens overordnede struktur eller funktion. Og en sådan fejludvikling kan resultere i neurologiske lidelser.

Genetiske modeller gengiver autisme og skizofreni

Ved genetisk at manipulere både celle- og dyremodeller har vi mulighed for eksperimentelt at skabe en mangel på funktionelle neurotrofiner i lillehjernen.

Og ganske bemærkelsesværdigt kan forstyrrelser i disse faktorer kan skabe virkninger ud over de forventede motoriske defekter. Der kan således også opstå kognitive og følelsesmæssige udfordringer.

Det er værd at påpege, at forskere endda kan genskabe de observationer, der er gjort hos personer med for eksempel autisme eller skizofreni.

For eksempel viser specifikke museforsøg reduceret angst og øget aggression, hvilket kan sammenlignes med observationer ved skizofreni. Alternativt kan de også vise øget gentagen adfærd og nedsat social interaktion, hvilket er kendetegnende for autisme.

Det er vigtigt at påpege, at begge disse lidelser kun forekommer hos mennesker. Det ikke muligt at skabe mus med egentlig autisme, men derimod med karakteristika, der ligner autisme.

Det rejser så spørgsmålet om, hvorvidt disse celle- og dyreforsøg så er relevante?

Svaret er ja, det er de, og det er der flere årsager til.

Selvom vi kan anvende teknikker som MR-scanninger og EEG (elektroencefalografi) på mennesker for at undersøge strukturer og aktivitet i hjernen, kræver studiet af cellulære og molekylære karakteristika mere indgribende metoder.

Desværre har vi endnu ikke den nødvendige teknologi til at udføre disse studier på en ikke-invasiv måde.

Derudover er vores adgang til hjernevæv ofte begrænset post mortem, altså efter døden. Det udgør en udfordring, især hvis vi gerne vil identificere potentielle biomarkører, der kan forudsige sygdommen, måske endda flere år før den manifesterer sig.

Lillehjerne, nu er det din tur til at stråle

Vi har nu erkendt, at lillehjernen er et alsidigt område i hjernen, der regulerer forskelligartede motoriske og ikke-motoriske adfærdsmønstre.

Forstyrrelser i lillehjernens arkitektur og kredsløb kan føre til en bred vifte af både psykiatriske og udviklingsmæssige lidelser i hjernen.

Vi håber med denne gennemgang at skifte perspektiv og rette opmærksomheden mod den cerebellare region for bedre at forstå disse komplekse sygdomme.

Ved at afdække mekanismerne bag sygdomme håber vi at opnå en mere grundig forståelse og dermed kunne designe behandlinger, der er mere effektive og har potentiale til at forbedre, eliminere eller endda forebygge sygdom.

Lyt også til denne Brainstorm-podcast om lillehjernen, hvor Pia Boxy deltager. Brainstorm er Videnskab.dk's podcast om hjernen.