Sådan beslutter hjernen sig for, om du skal gå eller løbe

En danskledet forskergruppe er kommet et skridt nærmere forståelsen af, hvad der sker i hjernen, når vi begynder at gå eller løbe.

Et nyt forskningsresultat viser, at to centre i hjernen (hjernestammen – den nederste del af hjernen) samarbejder om at sende signaler ned til rygmarven om, at den skal fortælle benene, at de skal begynde at bevæge sig.

Når først hjernen har sendt signalerne ned til rygmarven, sørger nervecellerne i rygmarven for at fortsætte gangen eller løbet, indtil de modtager nye signaler fra hjernen af. Det kan være signaler om at sætte hastigheden op eller ned eller om helt at stoppe.

Samtidig viser forskningsresultatet, at hvert center i hjernestammen trods samarbejdet har hvert sit ansvarsområde, hvor det ene primært styrer gangen, mens det andet styrer løbet.

»Det overrasker mange, at kontrollen med gang og løb sker nede i rygmarven, hvor processen til en vis grad er automatiseret, så vi ikke skal tænke over hvert skridt, vi tager. Men før rygmarven kan køre på autopilot, skal den have signaler fra hjernen, og vi har nu fundet ud af, hvor de signaler kommer fra,« forklarer Ole Kiehn, der er professor ved Institut for Neurovidenskab ved Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet på Københavns Universitet og seniorforfatter på studiet.

Det nye forskningsresultat er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.

Lyste ind i hjerner på mus og fik dem til at løbe hurtigere

I det nye studie har Ole Kiehn med kollegaer studeret mus, som de har genmanipuleret til at aktivere de to nyopdagede områder i hjernen, når forskerne lyser på dem med en et indopereret lys.

Teknikken hedder optogenetik, hvor forskere sætter lysfølsomme proteiner fra alger ind i nervecellerne og derefter stimulerer nervecellerne ved at lyse på dem.

Forskerne kunne se, at når de lyste på nervecellerne i det ene område, kaldet cuneiform nucleus (CnF), begyndte musene først af gå og derefter løbe, jo kraftigere de blev stimuleret.

Når forskeren lyste på nervecellerne i det andet område, kaldet pedunculopotine (PPN), begyndte musene mest at ’slentre’ rundt – en type bevægelse, som dyr benytter sig af, når de går rundt og leder efter mad.

\ Læs mere

Derfor går motion dig på nerverne

Hvis forskeren gav musene et stof, som lukkede ned for aktiviteten i de to områder i hjernen, mistede musene helt evnen til at gå og løbe.

»Vi viser, at nerveceller i både PPN og CnF kan igangsætte bevægelser, og at aktivitet i begge disse områder i hjernen er med til at opretholde og hastighedsregulere langsom gang. Kun CnF er i stand til at sætte løbet i gang, mens PPN mere er forbundet med langsom og udforskende gang,« forklarer Ole Kiehn.

Kan være en smutvej til behandling af symptomer på Parkinsons

Opdagelsen af startsignalet i hjernen kan have betydning for forståelsen af forskellige sygdomme, hvor kroppen ikke har fuld kontrol over sine bevægelser, eksempelvis Parkinsons sygdom.

Parkinsons sygdom er kendetegnet ved, at nogle celler i hjernen ikke modtager de nødvendige signaler, for at personen blandt andet kan gå normalt.

Ole Kiehn forestiller sig, at man muligvis kan stimulere de nyopdagede centre i hjernen elektrisk og derved give sygdomsramte bedre muligheder for at kontrollere deres bevægelser.

Teknikken med elektrisk stimulering af områder i hjernen benyttes allerede til patienter i de sene stadier af sygdommen til at kontrollere rystelser, men den nye opdagelse kan hjælpe behandlere med mere præcist at ramme de steder i hjernestammen, der måske har den største effekt, og hjælpe med at understøtte gang.

»Vi er allerede nu i gang med at planlægge opstilling af forsøg, hvor vi vil undersøge, om de her områder er påvirket i dyremodeller, som har symptomer på Parkinsons sygdom. Det vil give et vigtigt indblik ind i muligheden for en bedre behandling af disse symptomer,« sige Ole Kiehn.

Nødvendigt at forstå for at kunne lave nye ’skeletter’ til personer med lammelser

Et andet spændende perspektiv ved den nye opdagelse er omkring udviklingen af såkaldte exoskeletter, der er et slags metalskelet, som sidder ude på kroppen.

Det vurderer lektor Ernst Albin Hansen fra Institut for Medicin og Sundhedsteknologi på Aalborg Universitet.

Sådanne skeletter har ifølge Ernst Albinus Hansen potentialet til at give mennesker superkræfter i forskellige arbejdssituationer, ligesom de kan have en klar militær interesse.

Exoskeletter er også interessante i forhold til personer, der har lammelser i store dele af kroppen, hvor exoskeletterne forhåbentligt kan gøre det muligt for patienterne at gå igen.

»Sådan et exoskelet skal programmeres for at kunne spille sammen med kroppen, og her er det vigtigt at vide, hvordan blandt andet gang og løb bliver sat i gang. Derfor er det nye studie rigtig spændende, fordi det er et skridt videre i vores forståelse af, hvordan hjernen fungerer under bevægelse,« siger Ernst Albin Hansen, der ikke har noget med det nye studie at gøre.

Vi har tidligere skrevet om Ernst Albinus Hansens forskning i hvorfor man automatiske begynder at løbe, når man sætter hastigheden op.

Forskning vil på et tidspunkt få folk til at kunne gå igen

Ernst Albin Hansen er også enig med Ole Kiehn i, at et åbenlyst perspektiv i opdagelsen er, at man kan stimulere de nyopdagede centre i hjernen og derved hjælpe nervesystemet på vej hos personer, hvor gangen ikke fungerer så godt.

Forskeren fortæller, at da man nu har lokaliseret de områder i hjernen, der er relevante for gang og løb, er det meget relevant at se på, om det kan give anledning til forsøg på at genoprette evnen til at gå og løbe ved at stimulere områderne.

Sådanne forsøg skal først laves på dyr, men med tiden også på mennesker.

»Det er der, vi ender på et eller andet tidspunkt, men det er svært at sige, hvornår det sker. Men det er perspektivet,« siger Ernst Albin Hansen.

\ Læs mere

Elektroder i hjernen giver lam mand bevægelsen igen