Store opdagelser: Hjernens kemi og nervecellernes funktion

For lidt over 100 år siden forklarede Salmonsens Konversationsleksikon om »de Processer, der foregaar i Nervesystemet«, at der »vide vi saa godt som intet«. Vi er her nået frem til den mystiske hjerne og dens indviklede kemiske signalgivning.

Da Salmonsens Konversationsleksikon i 1890'erne fastslog, at man næsten intet vidste om hjernen, havde den spanske anatom Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) imidlertid netop vist, at hjernen består af milliarder af nerveceller i alle mulige former.

Det, man ikke vidste, var, hvordan nervecellerne kommunikerer indbyrdes, og hvordan de 'dirigerer' kroppens organer og muskler.

Flere forskere mente, at nerverne kun dirigerede organerne med elektriske signaler, men omkring 1920 stod det klart, at nerverne frigiver et kemisk signal, en neurotransmitter.

Svampeekstrakt havde bemærkelsesværdig effekt på forsøgsdyr

Den engelske fysiolog Henry Dale (1875-1968) var den første, som kom på sporet af et kemisk signalstof i nervesystemet. I 1904 blev han ansat af medicinalvirksomheden Wellcome, som bad ham undersøge den giftige meldrøjesvamp for kemiske stoffer.

Svampen var et kendt gammelt lægemiddel, som kunne standse blødninger fra livmoderen efter fødsler, og viste sig nu at være et overflødighedshorn af meget aktive biologiske stoffer.

I 1913 opdagede Dale og hans team helt tilfældigt, at ekstrakt fra svampen indeholdt stoffet acethylcholin, og at dette stof havde den bemærkelsesværdige effekt på forsøgsdyrene, at det fik pupillerne til at trække sig sammen, hjertet til at slå langsomt og spytsekretionen til at øges.

Forsøget startede som en drøm

Man kendte godt disse reaktioner, som man kan se, når kroppen er i hvile og fordøjer et måltid. Dale lagde nyttig viden til denne viden ved at pege på, at det aktive stof kunne være acethylcholin, men han kunne ikke vise, at acethylcholin fandtes i kroppen – endsige i nerverne.

I dag ved vi, at acethylcholin er en neurotransmitter, der frigives fra nervefibre. Men gennembruddet kom først nogle år senere, da den tyske fysiolog Otto Loewi (1873-1961) eksperimenterede med frøhjerter.

De har den næsten enestående og mærkværdige evne, at de bliver ved med at slå i timevis, efter at de er taget ud af dyret. Hans berømte forsøg startede imidlertid som en drøm, hvor ideen langsomt tog form i 1921. Her citeret fra An Autobiographical Sketch, 1960:

»Natten inden påske dette år vågnede jeg, tændte lyset, og nedfældede nogle noter på et stykke tyndt papir. Derpå faldt jeg atter i søvn. Næste morgen ved 6-tiden forekom det mig, at jeg havde skrevet noget vigtigt i løbet af natten, men jeg var ikke i stand til at læse mine skriblerier. Den følgende nat, kl. 3, fik jeg atter ideen. Det var et design til et forsøg til at undersøge den hypotese om kemisk transmission, jeg havde fremsat 17 år tidligere. Jeg stod op med det samme, tog ind til laboratoriet, og udførte et simpelt forsøg på et frøhjerte«.

Nerveenderne frigav tilsynladende et kemisk stof

Forsøget var måske nok simpelt, men eksperimentet blev skelsættende. Med en elektrisk impuls stimulerede Loewi vagusnerven, der løber fra hjernen til hjertet, i et frøhjerte, der var skåret ud af frøens krop. Hjertet slog langsommere og holdt næsten op med at slå.

Inden det døde helt hen, hældte han den væske, hjertet havde ligget i, på et andet frøhjerte. Dette hjerte havde ikke modtaget et elektrisk signal, men det begyndte også at slå langsommere, da væsken blev hældt på. Det var interessant.

Nerveenderne frigav tilsyneladende et kemisk stof, som kan påvirke kroppens organer. Dette stof kaldte han for 'Vagusstoff'.

Acethylcholin måtte findes i kroppen og nerverne

Forsøget blev demonstreret på en international kongres for fysiologer i 1926 og fik stor opmærksomhed både på og uden for universiteterne. Men der var stadig ingen, som vidste, hvad 'Vagusstoff' var for noget.

Førnævnte Henry Dale, der havde eksperimenteret med meldrøje og hørt om forsøget, blev inspireret til at genoptage arbejdet med acethylcholin. Stoffet måtte findes i kroppen og nerverne.

Og i 1929 kunne han og kemikeren Harold Dudley (1887-1935) vise, at acethylcholin forekom naturligt i milten hos køer og heste.

Opdagede en kemisk kommunikation i nervesystemet

Sammen med fysiologen Wilhelm Feldberg (1900-1993), kunne de i 1933 også vise, at små mængder blod, opsamlet omkring nerveender hos hunde, indeholdt acethylcholin.

Det første kemiske signalstof i nervesystemet var reelt identificeret. Henry Dale og Otto Loewi modtog i 1936 Nobelprisen for deres opdagelse af den kemiske kommunikation i nervesystemet.

Ordet 'neurotransmitter' blev nu betegnelsen for signalmolekyler frigivet fra nerveender.

Forskerteams identificerer dopamin og serotonin

Opdagelsen af den kemiske signalgivning mellem hjernens nerver, der forgrener sig ud i kroppen, og organerne, var et vigtigt gennembrud. Det var lidt vanskeligere at udforske, hvad der foregik inde i hjernen.

Omkring 1950 fik forskerteams dog identificeret flere signalstoffer, blandt andet dopamin og serotonin, som man efterhånden fandt ud af spiller en rolle ved forskellige mentale tilstande, herunder psykiske sygdomme.

Med identifikationen af flere neurotransmittere kunne man lede mere målrettet efter lægemidler, som påvirkede den kemiske signalgivning i hjernen. Troede man.

Det første lægemiddel mod skizofreni blokerede virkningen af dopamin

Men det var (og er) svært at eksperimentere med hjernen, fordi dens sammenfiltrede netværk af milliarder nerveceller, der er forbundet med et endnu større antal kontakter, også kaldet synapser, hvor neurotransmittere har forskellige virkninger, er en uhyre kompleks størrelse, fordi hjernens forskellige dele er forbundne.

Derfor er hjernen svær at undersøge og måle på. Faktisk var den revolutionerende opdagelse i 1952 af klorpromazinet, det første lægemiddel, som virkede mod skizofreni, ikke bygget på en videnskabelig indsigt i hjernen, men på en tilfældighed.

Det var først ti år senere, at man fandt ud af, klorpromazin blandt andet blokerer virkningen af dopamin.

Arvid Carlsson tømte kaniners hjernevæv for dopamin

Men der var også hjerneforskning, som førte til nye lægemidler på baggrund af gedigen hjerneforskning. Den svenske læge Arvid Carlsson (født 1923) vidste i 1957, at dopamin fandtes i høj koncentration i den del af midthjernen, som har at gøre med kroppens bevægelser.

Det gjorde han med et interessant og lidet dyrevenligt forsøg, hvor han indsprøjtede et stof, som hæmmede optagelse af dopamin, hvorved han langsomt tømte kaniners hjernevæv for dopamin. Dopaminmanglen gjorde, at kaninerne fik stive muskler og bevægede sig mindre.

Nu gav man dem et forstadium til dopamin, L-dopa, som gav kaninerne deres bevægelighed tilbage. Man kunne altså styre musklerne/kroppen ved påvirkning af disse stoffer, og det var interessant.

Kaninernes symptomer mindede om Parkinsons

Kaninernes symptomer mindede meget om den alvorlige Parkinsons sygdom, som er en kronisk og invaliderende nervesygdom.

Man vidste om Parkinsons-patienter, at dopaminproduktionen i midthjernen er nedsat eller helt mangler, og da man i 1961 for første gang frigav L-dopa i patientforsøg, var det en omgående succes.

Seks år senere blev lægemidlet sendt på markedet og kaldt for et vidundermiddel i dagspressen, da sengeliggende patienter pludselig kunne gå.

Dyreforsøg kortlagde geografiske placeringer af hjernecentre

Der var også hjerneforskning, som afdækkede hjerneområder, som havde at gøre med vores bevidsthedsliv.

I 1954 foretog psykologerne James Olds (1922-1976) og Peter Milner (u.å.) eksperimenter, som viste, at kemiske stoffer i hjernen styrer motivation og belønning, og at disse processer kan placeres geografisk i hjernen.

I forsøgene fik rotter indopereret en elektrode, som stimulerede en bestemt del af midthjernen, som man mente havde betydning for indlæring af adfærd. Dyrene kunne selv aktivere elektroden via en pedal.

Rotterne blev ligeglade med mad, vand og sex

Det viste sig, at rotterne blev så ivrige efter at trykke på pedalen og stimulere sig selv, at de aktiverede pedalen op mod 700 gange i timen. Samtidig blev de fuldstændigt ligeglade med mad, vand og sex, så de kom i fare for at dø af manglende fødeindtagelse.

Olds og Milner kunne altså iagtage, hvordan rotterne tilsidesatte alt for at tilfredsstille et bestemt område i hjernen.

Rotterne blev stimuleret i den del af hjernen, som senere er blevet døbt hjernens belønningscenter. Vi ved, at dette center også stimuleres af neurotransmittere. Hos mennesket knytter dette område sig til midt- og forhjernen.

Hjernens belønningscenter gav mere information om afhængighed

Vi ved, at belønningscentret er forbundet med nydelse og glæde, og vi ved, at disse følelser er tæt forbundne med udskillelse af dopamin og serotonin. De giver os glæde ved alt det (individuelt) gode i livet, for eksempel god mad, sex, musik.

Dopamin udskilles også ved forventningens glæde om noget, for eksempel et måltid, en fest, en ferie, og det fungerer som drivkraft i vores jagt efter tilfredsstillelse og glæde.

Udforskning af hjernens belønningscenter har også givet en større forståelse for, hvad afhængighed er.

Belønningscentret aktiverer forskellige former for adfærd

Menneskers afhængighedsforhold og misbrug knytter sig til de samme dopaminregulerede belønningssystemer, uanset om personen er ludoman, alkoholmisbruger eller stærkt afhængig af at spise slik.

Belønningscentret aktiverer vidt forskellige former for adfærd hos mennesket.

Misbrug af for eksempel nikotin, kokain og amfetamin, der meget direkte stimulerer dopamin og belønningscentret, skaber ikke overraskende en ekstrem dramatisk afhængighed.

Vi ved lidt mere end før

I de sidste 100 år har natur- og humanvidenskaberne gået fra nærmest intet at vide om hjernens komplicerede processer til at vide lidt mere om, hvordan hjernen fungerer.

Man har kortlagt en række neurotransmittere og har i nogle tilfælde været heldige at koble indsigten til behandling af sygdomme. Hjernen repræsenterer dog stadig et af de mest gådefulde områder af menneskekroppen.

Vi ved for eksempel meget lidt om, hvad der foregår i hjernen, og hvilken rolle neurotransmittere spiller ved en række psykiske sygdommme som for eksempel skizofreni og depression.

Der ligger mange opdagelser forude i hjerneforskningen.