Ph.d.-stipendiat og læge Thanh Pierre Doan har været i gang med eksperimenterne i månedsvis. Han bliver mere og mere frustreret, for resultaterne bliver ved med at være forkerte.
Thanh Pierre Doan er hjerneforsker og skal undersøge detaljer om de dele af hjernen, som holder styr på hukommelse, sted og tid.
Opgaven er at se nærmere på den strøm af signaler fra vores sanser, som bliver tilført disse hjerneområder.
En anerkendt model siger, at der er to parallelle strømme af information:
- En strøm af visuelle sanseindtryk, som går til stedsansen.
- En strøm af andre indtryk, som går til lateral entorhinal cortex – det område, som holder styr på tiden og mindernes indhold.
Thanh Pierre Doan farver cellerne i rottehjerner for at danne et billede af informationsvejene, men datamængden, som kommer ud af forsøgene, stemmer ikke overens med modellen.
Finder kun én strøm af information, ikke to
I stedet for at finde to parallelle strømme, viser Thanh Pierre Doans resultater, at næsten alle informationerne suser direkte ind i lateral entorhinal cortex; den del af hjernen, som holder styr på tiden.
Det lader med andre ord til, at lateral entorhinal cortex er en slags ‘supercentral for information’ fra hele sanseapparatet og hjernen. En slags hjernens Rom, som alle veje fører til (hvad det betyder, vender vi tilbage til).
Kan den førende model være forkert? Han må have gjort et eller andet forkert.
Thanh Pierre Doan forsøger igen. Han ændrer en smule på måden, han udfører eksperimenterne. De nye resultater er lige så skuffende.
Erkendelse: Måske er det modellen, der tager fejl
Thanh Pierre Doan, som er ansat ved ved Norwegian University of Science and Technology, begynder at tænke, at han måske overhovedet ikke burde forske! Om lidt vil en eller anden sikkert opdage, hvor ubrugelig han er.
»Jeg var nybegynder og følte mig som en meget dårlig forsker,« siger Thanh Pierre Doan til forskning.no, Videnskab.dk‘s norske søstersite.
Men langsomt begyndte en mistanke at vokse frem. Måske var der slet ikke noget galt med resultaterne? Hvad hvis nu det var den anerkendte model – den, som har været brugt de seneste 25 år – som ikke stemmer?
Thanh Pierre Doan klør på med forskningen – nu med et nyt mål: At finde data som viser, at den gamle model er forkert. Og datamængden skal kunne overbevise de andre forskere i gruppen. Især vejlederen.
Vejlederen er én af de førerende eksperter på feltet – samt én af forskerne bag den anerkendte model, som Thanh Pierre Doan nu har sat sig for at modbevise.
LÆS OGSÅ: Dyk ned i hjernecellernes elektriske, grå-hvide hav
Vejlederen blev begejstret
»Det var spændende – og svært,« siger Menno Witter, som leder forskningsgrupperne ved Kavli-instituttet for neurovidenskab og desuden er Thanh Pierre Doans vejleder.
»En hypotese bliver jo nærmest som ens hjertebarn. Men jeg har altid sagt til de studerende, at de skal stille sig kritisk overfor det, som jeg og feltets øvrige forskere siger og tror. Folk udenfra ser tingene på en ny måde.«
Og det er netop en ny måde – en ny hypotese, som Thanh Pierre Doan præsenterer for Menno Witter og resten af gruppen i 2017.
Der går ikke lang tid, før datamængden vender skepsis til begejstring hos vejlederen.
En gammel model står muligvis for fald, men det gør videnskabelige modeller fra tid til anden. Og de muligheder, som det pludselig åbner op for, er om noget endnu mere spændende.
Doan og Witter kaster sig ud i et intenst arbejde for at afdække, om det virkelig kan passe, at modellen tager fejl – og at hjernen har en supercentral for information i stedet for to parallelle informationsstrømme.
Takket være Menno Witter har de lige netop dét, der skal til for at komme til bunds i sagen: Et helt læs af gamle prøver.
LÆS OGSÅ: Historien om serendipitet: Derfor er held og lykketræf i forskningen et omstridt emne
Den gamle model var forkert
Menno Witter har passet godt på de hjerneprøver, som blev udført for mere end 20 år siden, og som ligger til grund for den etablerede model over, hvordan hjerneområderne fungerer.
Professoren bragte faktisk en hel container med sig, da han flyttede til Norge fra Holland for at arbejde ved NTNU.
Witter og Doan åbner kasserne med støvede glasplader med tynde skiver af rottehjerner indeni – de er på jagt efter glemte spor.
»Jeg følte mig lidt som Indiana Jones,« siger Thanh Pierre Doan.
Sammen med Menno Witter undersøger han prøverne på ny, med nutidens metoder. Og de finder det: Selv om det er fuldt ud forståeligt, at forskerne konkluderede, som de gjorde dengang, viser den nye undersøgelse, at den gamle konklusion sandsynligvis var en fejlfortolkning.
Doan og Witter gennemgår data fra adskillige gamle stuider, udført af andre forskere, både på gnavere og primarter – pattedyrsgruppen, som omfatter mennesket.
De nye analyser peger allesammen i samme retning: Den gamle model er forkert.
Det lader ikke til, at forskellige, parallelle strømme af sanseinformation bevæger sig ind i hippocampus. Det virker derimod som om, en informationscentral samler og behandler næsten al information.
Nye perspektiver og nye metoder
Tegnene var der altså hele tiden. Forskerne bag det gamle studie har til og med bemærket visse mærkværdige træk ved deres resultater, som de ikke helt kunne få til at passe.
Hvorfor har ingen set denne sammenhæng før? Det er der formentlig adskillige grunde til, mener Menno Witter.
»En ting er, at alle forskere foretager eksperimenter ud fra en vis ide eller model. Det styrer udformningen af studiet, og hvordan vi læser resultaterne,« forklarer han.
En anden årsag er helt afgjort, at den hastige teknologiske udvikling har givet nutidens forskere meget mere præcise og følsomme forskningsmetoder, som får hidtil ukendte detaljer til at træde frem.
Detaljer, som altså kan give os en helt ny indsigt i, hvordan hjernen fungerer – og måske med tiden også livsvigtig information om, hvad det er, der gør, at den af og til ikke fungerer. Som hos patienter med eksempelvis Alzheimers sygdom.
For lige nøjagtigt i hjernens Rom, i cellerne som tager imod og håndterer en hel kakofoni af signaler fra hele sanseapparatet og resten af kroppen, starter Alzheimers sygdom. Længe før det allerførste spæde symptom, 10 år før diagnosen, begynder disse celler at dø.
LÆS OGSÅ: Alzheimer: Alt det vi ved – og ikke ved
Mindernes holdeplads
Det hele handler egentlig om minder. Forskerne har længe vidst, at den lille banaformede hjernedel hippocampus er helt central for skabelsen af episodiske minder, altså personlige og unikke erindringer om både store og små hændelser i hverdagen.
Tilsammen giver minderne mulighed for at se sammenhænge, danne sig et overblik og forstå verden omkring os.
Et episodisk minde består af tre slags information: Hvad, hvor og hvornår.
Men det er ekstremt kompliceret at skabe et indtryk af tid, sted og indhold ud fra et virvar af enkeltstående signaler som syn og hørelse.
Forskerne har længe haft mistanke om, at den lillebitte hippocampus næppe kan stå for hele molevitten.
Stedsans og tidssans
Måske bliver meget af arbejdet gjort, før informationen strømmer ind i hippocampus?
Denne teori fik forskerne til at undersøge de hjernedele, der ligger før informationsstrømmene, og som sender signalerne videre til hippocampus.
Undersøgelsen førte til opdagelsen af hjernens hvor-område, hvor såkaldte gitterceller giver os vores stedsans og evne til at navigere.
I 2014 blev Edvard og May-Britt Moser tildelt Nobelprisen i medicin for denne opdagelse.
I 2018 viste forskere ved Kavli-instituttet, at området lige ved siden af – lateral entorhinal cortex – skaber vores tidssans, altså hjernens ‘når-område’.
Ifølge den førende model bevægede parallelle informationsstrømme sig ind i hver af disse områder, som så sendte signaler videre til hippocampus.
Men nu ser det ud til, at det laterale entorhinal cortex’ opgaver er langt mere omfattende.
LÆS OGSÅ: Rotteforsøg giver gennembrud: Sådan holder hjernen styr på tiden
Lateral entorhinal cortex er koblet til alt
Thanh Pierre Doans samt adskillige andre studier indikerer, at lateral entorhinal cortex er noget helt særligt. Her finder man nemlig et lag af celler, som praktisk talt er koblet til alt.
Ligesom celler andre steder i hjernen har disse celler massevis af rodlignende tråde, som strækker sig ud som en bred vifte.
Trådene har tusindvis af koblinger til andre nerveceller, som de modtager signaler fra.
Men her ophører ligheden. For de fleste steder er cellerne selektivt knyttet til celler i to eller tre andre hjerneområder.
Men cellerne i lateral entorhinal cortex er koblet til mange flere steder; heriblandt det område i hjernen der skaber stedssansen.
Hjernens informationscentral
»Cellerne modtager en hel vanvittig mængde forskellig information,« forklarer Thanh Pierre Doan.
Lateral entorhinal cortex lader til at være hjernens informationscentral.
Det er angiveligt lige denne del af hjernen, som tager imod alle mulige slags informationer og sammensætter dem til noget, der giver mening. Derefter sender det informationerne videre til hippocampus.
»Det er den første indikation på, at lateral entorhinal cortex er en afgørende del af det system, som skaber komplekse minder,« siger Witter.
»Solidt studie«
Marianne Fyhn, som er professor ved Universitetet i Oslo, forsker selv i hjernen, men var ikke involveret i Thanh Pierre Doans studie. Hun mener, at studiet både er solidt og grundigt.
»Fundene udfordrer helt klart den eksisterende model for, hvordan information kommer ind til hukommelsesstrukturen hippocampus,« skriver hun i en email til forskning.no.
Hun tror, at resultaterne vil inspirere forskerne til at foretage flere studier i forsøget på at afdække, hvordan lateral entorhinal cortex rent faktisk arbejder for at skabe mening ud fra den voldsomme strøm af forskellige informationer.
»Jeg kan næsten ikke vente med at komme i gang med at teste det selv, eller se at andre foretager detaljerede målinger for at granske det,« skriver Marianne Fyhn.
Hun synes, det er spændende, at studiet viser, at det, som sker i rottehjernerne, ligner det, som sker i menneskehjernen, rigtig meget.
Det betyder nemlig, at flere studier med rotter kan give os større viden om, hvordan vores egen hjerne fungerer, og hvad det er, som går galt, når vi bliver syge – som hvis vi eksempelvis bliver ramt af Alzheimers.
Menno Witter mener selv, at opdagelsen af lateral entorhinal cortex’ særlige rolle er meget relevant for at komme videre med Alzheimers-forskningen.
»Det stemmer perfekt med det, vi ved om Alzheimers,« siger han.
LÆS OGSÅ: Håb i sigte for behandling af Alzheimers sygdom
Ekstrem stærk kobling til Alzheimer
Mange studier har vist, at Alzheimers hænger tæt sammen med cellerne i lateral entorhinal cortex. Det allertidligste tegn på sygdommen er, at disse celler begynder at visne og forsvinde.
»Koblingen er ekstrem stærk,« siger Menno Witter.
Forskerne har for eksempel undersøgt patienter, som kommer til lægen med milde hukommelsesgener.
Alle patienterne, som havde ændringer i lateral entorhinal cortex udviklede senere Alzheimers, men de gjorde patienterne, som ikke havde ændringer i lateral entorhinal cortex, ikke.
Og nu ved vi altså mere om disse celler. Vores nye viden – at cellerne er en slags informationscentral i hjernen – stemmer med Alzheimer-patienternes symptomer.
Hvis informationscentralen gradvist begynder at holde op med at samle, fortolke og videreformidle sanseindtrykkene, bliver det umuligt for hippocampus at forstå omgivelserne og danne nye episodiske minder.
Vejlederen er ikke bitter
Menno Witter og Thanh Pierre Doan håber, at opdagelsen vil kunne hjælpe os med at forstå, hvad der får de livsvigtige celler til at dø.
»Jeg tror, at der er noget særligt ved cellerne, som gør dem sårbare,« siger Menno Witter.
»De er store celler, som har brug for meget energi. En hypotese er, at de mister evnen til at generere nok energi.«
Desuden danner store store celler en masse affaldsprodukter. Måske fungerer rengøringssystemet, som skal fjerne affaldsstofferne ikke godt nok?
»Vi ved også, at cellerne producerer helt specielle molekyler, som angiveligt er involveret i den mekanisme, som driver Alzheimers.«
Men der er lang fra grundforskning til nye Alzheimers-behandlingsmetoder. Jo bedre modeller, vi har af hjernen, desto bedre mulighed har vi for at afdække, hvordan vi afværger, at de livsnødvendige celler bukker under.
Nogle gange må anerkendte forskere give slip på en velrenommeret hypotese, og Menno Witter er bestemt ikke bitter. Tvært imod. Det er jo sådan videnskaben bør fungere.
»Modellerne forsøger at levere en rigtig forståelse af virkeligheden, på grundlag af de data man har. Nogle gange er vi nødt vi at skifte dem ud. Vi er mange indenfor feltet, som er enige i, at den model, vi stod med, formentlig var for enkel.«
»Den følelse, jeg sidder med nu, er, at jeg er glad og helt parat til at acceptere det.«
©Forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark.
LÆS OGSÅ: Hvordan holder man hjernen sund? Hvad er ammehjerne? Og hvordan bliver man mere kreativ?
LÆS OGSÅ: Sådan skaber hjernen din stedsans
LÆS OGSÅ: Forskningen bliver bedre, hvis der er plads til held og tilfældigheder
