Forskere tester bevidstheden i bedøvede hjerner
Italienske forskere har ud fra matematiske modeller beregnet, hvor bevidstheden findes. Nu skal norske forskere teste teorien på epilepsipatienter, mens halvdelen af hjernen er bedøvet under eksperimentet.

Bevidstheden undersøges hos en sovende patient, mens magnetiske bølger stimulerer hjerneceller til at videresende signaler via hjernens egne synapser. (Foto: Marcello Massimini, University of Wisconsin-Madison)

Bevidstheden rummer alle vores sanseindtryk, følelser, tanker og erindringer. Bevidstheden som fænomen har dog været et mysterium, som naturvidenskaben indtil i dag ikke har fundet nogen god forklaring på.

Indtil for nyligt har der været en udbredt opfattelse, også blandt hjerneforskere, af, at det nærmest er umuligt at studere bevidsthed med eksperimentelle metoder.

Nu er der håb. Den italienske hjerneforsker, professor Giulio Tononi ved Universitetet i Wisconsin-Madison i USA har lanceret en helt ny teori, som matematisk skal kunne beregne, hvor i hjernen bevidstheden er, og om patienter, der lader til at være bevidstløse, måske oplever noget alligevel.

Professor Johan Storm på Institut for medicinske basisfag ved Universitetet i Oslo starter denne sommer nogle avancerede eksperimenter for at teste den matematiske bevidsthedsteori. 

Bevidsthedsteoriens grundsøjler

Den nye teori om bevidsthed bygger på nogle grundsøjler:

  1. Eksistensen af bevidsthed er et uomtvisteligt faktum, selvom bevidstheden er svær at forklare og til trods for, der findes filosoffer, der mener, at bevidstheden ikke findes.*
     
  2. Bevidstheden er sammensat, struktureret og rig på information. Hver oplevelse adskiller sig fra myriader af andre oplevelser. Selv en så simpel og indholdsløs oplevelse, som det at sidde i et mørkt rum med lukkede øjne, er en unik oplevelse.
     
  3. Bevidstheden er en sammenhængende og integreret oplevelse. En oplevelse er mere end summen af de forskellige elementer og sanseindtryk, som oplevelsen indeholder. Hvis du ser en grå, rund sten, ser du noget mere end summen af den grå farve og den runde form.
     
  4. Bevidstheden er eksklusiv og afgrænset. Én oplevelse udelukker, at du kan have andre parallelle oplevelser.

Nyt om bevidstheden

Spørgsmålet, Giulio Tononi har stillet sig selv, er, hvordan det fysiske system i hjernen må være indrettet for at kunne give ophav til disse grundlæggende søjler. Han er blandt andet nået frem til, at:

  • Systemet, der danner bevidstheden i hjernen, må bestå af forskellige dele, som kan påvirke og udveksle information med andre.
  • Den totale, integrerede information i hjernen er i sin helhed større end summen af informationsmængderne i hver enkelte del. Det betyder: Hvis du deler systemet op ved at cutte fiberforbindelserne mellem forskellige dele af hjernen, vil noget af informationen forsvinde.
  • Den del af hjernen, som har mest integreret information, vil dominere hele systemet. Det er altså ikke muligt at have to delbevidstheder i samme system. Selvom der findes mindre kredse med integreret information i lillehjernen og rygmarven, som er mere eller mindre adskilt fra storhjernen, vil det største system dominere. Vinderen tager det hele.

Optimalt antal forbindelser

Hvis der er begrænset udveksling af information mellem de forskellige moduler i hjernen, bliver den totale integrerede information lav. Sådan en struktur findes i lillehjernen. Lillehjernen består stort set af moduler, som i svag grad udveksler informationer mellem sig. Ifølge den matematiske teori er dette hovedårsagen til, at hjernen spiller en begrænset eller ingen rolle for bevidstheden.

»Selvom lillehjernen fjernes, vil bevidstheden fortsat være intakt,« pointerer Johan Storm.

Ubegrænset udveksling af information mellem hjernemodulerne gavner heller ikke bevidstheden.

»Selvom man skulle tro, at flest mulige forbindelser øger bevidstheden, siger den nye teori, at informationsniveauet bliver lavere, fordi der opstår for mange gentagelser,« siger Storm.

Det betyder, at »grundlaget for bevidstheden er en vis mængde forbindelser i hjernen, som på en smart måde giver maksimal, integreret informationsværdi. Meget tyder på, at hjernebarken er bygget op, så den er særligt rig på integreret information. Hjernebarken er det to til fire millimeter tykke, foldede lag, som ligger yderst i storhjernen. Selvom der er gode grunde til at tro, at hjernebarken er meget vigtig for bevidstheden, ved vi dog ikke med sikkerhed, om den er ophav til al vores bevidsthed.«

Bevidsthed hos dyr og insekter

Den nye teori giver også en indikation på, at andre levende væsner kan have en eller anden form for bevidsthed.

»Menneskets hjerne er stor og veludviklet og har en utrolig blød hjernebark. Vi har derfor formentlig mere integreret information end de fleste andre arter. Nogle hvaler har dog større hjernebark end os, så de kan i princippet have endnu større grad af bevidsthed end os mennesker, men det ved vi ikke. Teorien åbner også for, at dyr som insekter og blæksprutter, til trods for at nervesystemet adskiller sig meget fra vores, kan have en eller anden form for bevidsthed, og at det i princippet er muligt at beregne dette,« siger Storm.

Bevidsthedsindekset

Koma-centeret på Universitetet i Liège i Belgien har allerede testet teorien hos patienter med alvorlig hjerneskade. Nu skal Storms forskergruppe udfordre teorien under nye eksperimentelle forhold.

Teorien giver en slags ’indeks for bevidsthed’. Indekset er højt, når personen er bevidst, men falder til et lavt niveau, når personen bliver bevidstløs, uanset årsag. Indekset er lavt både under drømmeløs søvn og narkose, og under koma efter hjerneskade. Indekset stiger, når man drømmer. Da har man igen en form for bevidsthed, selvom man sover og er koblet af fra den ydre verden.

»Det fantastiske er, at indeksværdierne for bevidste og bevidstløse personer ikke overlapper hinanden.«

Det er faktisk første gang i verdenshistorien, at man ved en enkelt måling vil kunne slå fast, med stor nøjagtighed, om en person, der har mistet evnen til at kommunikere, er bevidst eller ej.

»Det er enormt vigtigt for patienter, der har mistet evnen til at kommunikere, men som alligevel er bevidste. Efter en alvorlig hjerneskade og en periode i koma kan nogle patienter vågne delvist op og åbne øjnene, uden at de er i stand til at snakke eller give andre tegn på, at de er bevidste.«

»De kan ligge hjælpeløse i en vegetativ tilstand i årevis, uden at hverken læger eller pårørende har mulighed for at vide, om de føler eller oplever noget,« siger Storm.

I Florida i USA blev det for nogle år siden, efter otte år i retten, besluttet, at hospitalet skulle stoppe med at holde liv i en kvinde, som befandt sig i en vegetativ tilstand. Hospitalet afsluttede madningen gennem sonde, så kvinden tørstede ihjel. Havde patienten haft en rest af bevidsthed, ville døden være meget pinefuld.

Johan Storm påbegynder denne sommer de første eksperimenter på epilepsipatienter for at teste, om den nye teori om bevidsthed stemmer. (Foto: Ola Sæther)

»Den nye metode har derfor store etiske, juridiske og kliniske konsekvenser,« påpeger Storm.

Tester epilepsipatienter

Sammen med stipendiat Bjørn Erik Juel og overlæge Pål Gunnar Larsson på Neurokirurgisk afdeling ved Oslo Universitetssygehus skal Johan Storm teste teorien på patienter, mens halvdelen af hjernen er lammet.

Det er epilepsipatienter, som under alle omstændigheder skal opereres for at få fjernet en del af hjernebarken.

Lige inden operationen skal patienten gennem en undersøgelse, hvor halvdelen af hjernen bliver bedøvet, for at man kan tjekke, at områderne for sprog og hukommelse ikke bliver beskadiget under operationen.

Patienten holder begge arme oppe. Når lægerne sprøjter et hurtigtvirkende sovemiddel ind i den ene hjernehalvdel, sover denne del af hjernen efter nogle sekunder. Da falder den ene arm ned.

»Patienten skal samtidig tælle. Hvis sprogområdet bliver bedøvet, stopper patienten pludselig med at snakke. Da ved lægerne, hvilke side af hjernen det sproglige område er i.«

Det er netop denne fase inden operationen, der giver hjerneforskerne en enestående mulighed for at teste bevidsthedsteorien.

»Nogle teorier hævder, at bevidstheden har en direkte sammenhæng med, hvor store områder i hjernen der er aktive, men ud fra den nye teori er bevidsthedsniveauet næsten det samme selvom halvdelen af hjernen sover, fordi aktiviteten i de to hjernehalvdele normalt er ganske ens,« fortæller Johan Storm.

Det udstyr, der skal bruges for at udføre eksperimentet, koster næsten fem millioner norske kroner (4,26 millioner danske kroner) og skal være klar før sommeren. Forskerne skal bruge et kraftigt magnetfelt til at stimulere hjernen.

Magnetfelter har den fine egenskab, at de går uforstyrret gennem kraniet.

Når hjerneceller i et lille område bliver stimuleret af magnetfeltet, vil de videresende elektriske signaler via hjernens egne synapser. Så skal forskerne bruge klassiske hjernebølgemålinger (EEG) for at se, hvordan stimuleringen påvirker resten af hjernebarken.

Behov for raske forsøgspersoner

Stipendiat Bjørn Erik Juel, som skal gennemføre undersøgelserne, har, for at lære metodikken, selv været forsøgsperson hos den italienske hjerneforsker Giulio Tononi.

»Han ændrede hjerneaktiviteten i et lille område med magnetiske pulser og så, hvordan ændringerne spredte sig i hjernen. Pulsene påvirkede ikke mine tanker. Det eneste, jeg bemærkede, var lidt kløe i hovedbunden,« beretter Bjørn Erik Juel.

Juel skal de næste tre år teste metoden på både patienter og på raske mennesker. Han skal også undersøge forskellige anæstesimidler for at finde ud af, om bevidsthedsindekset påvirkes af måden, midlerne virker på,

Juel er nu på jagt efter raske forsøgspersoner og håber, at mange har lyst til at melde sig.

»Alle interesserede er velkomne. Forsøget varer to til tre timer,« informere han.

Undersøger det indre liv

Forskergruppen skal også, i samarbejde med psykolog Marianne Løvstad på Sunnaas sygehus, teste teorien på patienter, der ser ud til at være i vegetativ tilstand, for at finde ud af, om de har et indre liv eller ej.

»Mange patienter, der ser ud til at være bevidstløse, kan alligevel have en rest af bevidsthed. Hvor mange det er, er der uenighed om. Testen, vi skal bruge, kan bidrage til at afklare dette,« siger Johan Storm.

© forskning.no Oversat af Anna Bestle
 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.