Forestil dig, at du gradvist mister evnen til at bevæge dig.
Det starter i arme og hænder, hvor du i løbet af få måneder ikke længere kan række ud efter eller gribe fat om kaffen ved morgenbordet. Kort tid efter kan du ikke længere gå, tale eller spise, fordi muskler i dine ben og omkring din kæbe og mund svigter.
Til sidst fejler dine respirationsmuskler, og vejrtrækningen må således foregå via en respirator, og kommunikationen gennem en slags talerobot, du styrer med øjnene.
Det er virkeligheden for patienter med amyotrofisk lateral sklerose, bedre kendt under forkortelsen ALS.
Hos ALS-patienter angribes motorceller i hjerne, hjernestamme og rygmarv, som er ansvarlige for bevægelse. Men det er svært at afklare, præcis hvor problemet er i signalkæden.
Det har vi undersøgt i min forskningsgruppe på Aarhus Universitet, og måske er vi kommet et skridt nærmere at finde svaret.
Sådan skaber hjernen bevægelse
For at forstå sygdommen er det nødvendigt at forstå, hvordan hjernen skaber bevægelse. Hjernen består af og opererer via et netværk af nerveceller (neuroner), som sender og modtager elektriske signaler.
Når vi for eksempel vil bøje pegefingeren, sender hjernens frontallapper, via et elektrisk signal, ønsket om bevægelse til såkaldte øvre motorneuroner. De er placeret i den motoriske hjernebark.
Herfra videreføres signalet til de nedre motorneuroner, placeret i rygmarven, som så igen sender signalet videre til de relevante muskler i pegefingeren. Hvis bare én af disse celletyper går tabt, vil signalet således ikke kunne nå frem til musklerne. Ved ALS angribes begge typer, hvilket forklarer lidelsens grelle sygdomstegn.
I sin rene form er ALS anset som en motorisk lidelse og påvirker således ikke patienternes mentale kapacitet; tænk eksempelvis på astrofysikeren Stephen Hawking, det nok mest kendte eksempel på en ALS-patient, hvor de kognitive kapaciteter mildt sagt ikke fejlede noget.
Input eller output?
Med udgangspunkt i forklaringen fra før betyder det lidt groft sagt, at patienten principielt stadig burde være i stand til at give ordren om at bevæge sig via intakte frontallapper.
Grunden til, at dette ikke udmunder sig i bevægelse, skyldes problemer i de efterfølgende motoriske forbindelser.
Før eller siden i sygdomsforløbet bliver ALS-patienter ramt af lammelse.
Lammelse menes primært at indtræffe som resultat af svind i de nedre motorneuroner, hvilket dog stadig er uklart. Og det varierer formentlig på tværs af patienter. Spørgsmålet er så, om de øvre motorneuroner stadig er i live, og hvorvidt de bevarer evnen til at sende elektriske motoriske signaler til rygmarven.
Tidligere studier har påvist stærk hjerneaktivitet omkring den motoriske hjernebark, når ALS-patienter forsøger at bevæge sig.
Desværre har præcisionen på det anvendte udstyr ikke været høj nok til, at forskerne kunne klargøre, om signalet viste ordren fra frontallapperne (input til den motoriske hjernebark), eller om det viste afsendelsen af et signal om bevægelse til rygmarven (output fra de øvre motorneuroner).
De brugte blandt andet EEG-udstyr, som ligner en badehætte fyldt med elektroder. Det er godt at bruge, hvis man er interesseret i at undersøge ændringer i hjerneaktivitet med en høj tidslig opløsning – altså fra millisekund til millisekund.
Men det er ikke godt at bruge EEG-udstyr, hvis man er interesseret i små detaljer om forskellige hjerneområder, da den rumlige opløsning ikke er høj nok – altså graden af detaljer om aktiviteten i et bestemt område af hjernen. Det gælder også for fMRI-skannere med lav opløsning, som forskere tidligere har brugt.
Med andre ord var det umuligt at sige, om signalet rent faktisk kom fra de øvre motorneuroner.
Dette var netop, hvad vi dykkede ned i i vores nylige studie, som netop er publiceret i tidsskriftet Aperture Neuro. Via avancerede hjerneskanninger fandt vi tegn på liv i de øvre motorneuroner, selv i helt sene stadier af sygdommen, flere år efter lammelse havde indtruffet.
Hjerneaktivitet målt med millimeterpræcision
I studiet deltog én patient, som blev diagnosticeret med ALS seks år forinden. Ligesom for mange andre ALS-patienter havde nervesystemet stille sat ud, og da vi foretog undersøgelserne, var han stort set lammet i hele kroppen og afhængig af respirator samt øjenstyret talerobot til kommunikation.
For at kunne måle hans hjerneaktivitet benyttede vi den mest udbredte metode til formålet, nemlig funktionel hjerneskanning (fMRI).
En MRI-skanner er i bund og grund en stor kasseformet magnet med et rør i midten, hvor den pågældende person lægges ind. Det ekstremt kraftige magnetiske felt gør, at elektroniske genstande, såsom patientens respirator og kommunikationsudstyr, ikke kan medbringes, hvilket gjorde det vanskeligt at få ham derind.
Dette er formentlig også forklaringen på, at der på verdensplan kun er skannet en håndfuld ALS-patienter i dette stadie af sygdommen.
Patienten skulle blandt andet flyttes fra kørestol til skanningsseng med en til formålet passende lift.
Herefter skulle han gives ilt med et håndholdt apparat, indtil respiratoren blev skiftet ud med en ikke-magnetisk en af slagsen. Og under skanningen sad en læge bag skanneren i to timer for at holde øje med patientens øjne, som via blink kunne respondere på ja/nej-spørgsmål.
Det var således nødvendigt med et stort hold bestående af forskere, sygehuspersonale, skanningsoperatører, patientens assistent, og en narkoselæge for at få regnestykket til at gå op.
Stærk aktivitet i øvre motorneuroner
Under selve skanningen bad vi patienten om at forsøge at bevæge sin pegefinger, mens vi målte hjerneaktiviteten.
Kvaliteten af skanningerne er meget højere i dag, end den var for 30 år siden, hvor fMRI blev udbredt.
Det skyldes bedre opløsning, som gør det muligt at få indsigt i flere detaljer om hjerneaktiviteten. For eksempel giver det os mulighed for at zoome ind på netop de celler, der angribes af ALS-sygdommen, altså de øvre motorneuroner.
I vores studie fandt vi stærk aktivitet i de dybe lag af hjernen, hvor de øvre motorneuroner befinder sig.
Det tolker vi som en stærk indikation på overlevende øvre motorneuroner, som stadig er i stand til at kommunikere ønsket om bevægelse til musklerne i pegefingeren, men at dette ikke resulterer i bevægelse grundet mangel på de nedre motorneuroner.
Den udbredte opfattelse blandt forskere på området er, at størstedelen af disse celler er døde eller ukampdygtige i så sene sygdomsstadier. Derfor var vi overraskede over vores fund.
Det er dog vigtigt at have et par begrænsninger in mente.
Først og fremmest er det nødvendigt, at fremtidige studier kan finde lignende resultater i flere patienter. En enkelt patient kan ikke forvisse os om noget, selvom det kan give os en indikation. Derudover kan vi ikke være helt sikre på, at det målte signal blev genereret af øvre motorneuroner, da dette lag også huser andre neurontyper.
I skrivende stund er vi allerede i gang med at designe nye eksperimenter, der kan gøre os klogere på netop det. Et håb er, at fremtidige studier på endnu kraftigere MR-skannere (7T) vil kunne bidrage med mere detaljerede billeder.
Hvad kan vi så bruge det til?
Studiet kan bidrage til en øget forståelse af sygdommens udvikling, hvilket er fundamentet for på sigt at kunne kurere den.
Når øvre motorneuroner ser ud til at være i live, giver det håb for, at patienter med ALS vil kunne komme sig delvist, hvis der findes en effektiv behandling.
Hvis alle hjerneceller i bevægelsessystemet var døde, ville det være langt sværere at opnå en forbedring, da hjernen ikke kan gendanne disse celler selv. Helt nye behandlinger, udviklet til patienter med sjælden arvelig ALS, ser i nogle tilfælde faktisk ud til ikke bare at stoppe sygdommen, men også i nogle tilfælde at føre til en forbedring af funktionen.
Det gælder for eksempel for den tyske pige Anna, der blev ramt af en særligt aggressiv variant af ALS som 15-årig, og har fortalt om sit forløb både på YouTube og andre steder på nettet.
Vores studie kan samtidig vise sig værdifuldt for udviklingen af såkaldte 'brain-computer-interfaces'. Det vil sige teknologisk udstyr, der kan kontrolleres ved at aflæse signaler fra hjernen.
Bevægelser er nemlig én af de ting, forskere er blevet gode til at aflæse fra hjernen og overføre til udstyr, der for eksempel kan fungere som bioniske arme eller ben.
Den type teknologi, håber vi, kan komme ALS-patienter til gode i fremtiden.
\ Kilder
Læs om brug og viderebringelse af Videnskab.dk's artikler.
