Forskere undersøger: Hvorfor kan kyllinger løbe omkring uden hoved?

Skærer man hovedet af en kylling eller en høne, kan den stadig løbe omkring i nogle sekunder. Det til trods for, at hovedet - og dermed hjernen, som jo ellers styrer kroppens bevægelser - ligger på huggeblokken.

Det samme gælder mange andre dyr, blandt andet skildpadden, der stadig kan svømme, selvom den mangler hovedet.

Fænomenet skyldes, at netværk af nerveceller i rygraden er forprogrammeret til at 'orkestrere' musklerne i forskellige og ofte benyttede bevægelsesmønstre såsom løb eller svømning. Derfor behøver kyllingen eller skildpadden ikke noget hoved for at kunne løbe eller svømme omkring.

Trods intens forskning i kroppen, hjernen og nervesystemet, mangler forskere stadig et helt klart billede af, hvordan nervecellerne snakker sammen for at udføre bestemte bevægelser.

Det skal forskere fra Københavns Universitet med hjælp fra hovedløse dyr og en bevilling fra Det Frie Forskningsråd nu prøve at komme et skridt nærmere en forståelse af.

»Målet er at gøre os klogere på, hvordan nerveceller fungerer i netværk. På den måde bliver vi også klogere på de sygdomme, der er resultatet af dysfunktion i de her netværk,« fortæller postdoc ved Institut for Neurovidenskab og Farmakologi på Københavns Universitet Henrik Lindén.

Derfor svømmer skildpadder uden hoved

For at forstå Henrik Lindéns forskning vender vi lige en tur tilbage til hønen og skildpadden.

Skildpadden benytter sig tit af svømmebevægelser, så det giver mening for den at have forprogrammeret et netværk af nerveceller i rygraden til per automatik at udføre svømmebevægelser, når nervecellerne stimuleres.

Det vil sige, at nervecellerne ikke behøver en række specifikke signaler fra hjernen for at lave en koordineret aktivering af de muskler, der skal til for at lave et svømmetag.

Hvis netværket af nerveceller bare bliver stimuleret i retning af bevægelse, er netværket allerede forprogrammeret til at aktivere nogle specifikke muskler i koordination for at udføre svømmetagene.

Det gør det meget nemmere og mere simpelt for hjernen at sende impulser for bevægelse ned gennem rygraden.

Nervesystemet er som et golfhul

Samtidig behøver netværket ikke et helt bestemt signal for at udføre bevægelsen. Det er nok, at det blot ligner.

Man kan sammenligne det med et hul på golfbanen, der er omgivet af en fordybning, der leder alle bolde ned i hullet. Hvis en bold bare rammer i nærheden af hullet, vil den ryge i hul.

Det samme gælder netværket af nerveceller. Hvis netværket blot modtager et signal et eller andet sted i netværket, vil det aktivere svømmebevægelserne. Forskerne kalder det et 'attraktor netværk'.

»Vi vil gerne forstå organiseringen af disse attraktor netværk. Hvordan kan netværkene lagre en information og udføre en handling, når de stimuleres? Og hvordan agerer de individuelle nerveceller i netværket?« siger Henrik Lindén.

Skildpaddens rygrad er som menneskets hjerne

I sit studie vil Henrik Lindén blandt andet studere nervecellerne i netop skildpaddens rygrad.

Skildpaddens rygrad er forholdsvis nem at have med at gøre, og så er den også en god model for nervesystemet og nervecellerne generelt. Også dem i mennesker.

Det vil sige, at opdagelser omkring nervecellernes funktion i skildpaddens rygrad formentlig kan overføres til menneskets hjerne.

På den måde bliver forskningen også relevant for forståelsen af, hvordan hjernen fungerer.

»Hukommelse er jo også resultatet af netværk af nerveceller, der arbejder sammen. Forskellige grupper nerveceller har ansvaret for at huske forskellige ting. Her kan man også forestille sig, at netværkene fungerer som et attraktor netværk, der blot skal have et signal i retning af at udløse netværkets funktion – at genkalde noget information, der er lagret,« forklarer postdoc'en.

Putter elektroder i skildpaddens rygrad

Studiet af nervecellerne i skildpaddens rygrad kommer til at centrere sig omkring, hvilke signaler der sendes mellem de individuelle celler, og hvordan disse signaler påvirker hele netværket.

Dette vil Henrik Lindén måle ved at bruge bittesmå elektroder på de individuelle nerveceller, men også på grupper af flere hundrede nerveceller.

På den måde kan han følge signalerne fra nervecelle til nervecelle.

Balancerer mellem to typer signaler

Der findes dog en relativt ukendt faktor i netværkene, som forskerne endnu ikke har det fulde overblik over.

I et netværk af nerveceller findes nerveceller, der sender aktiverende signaler til deres naboceller, og der findes nerveceller, som fortæller deres naboceller, at de skal forholde sig i ro. Men kan en celle modtage begge signaler samtidig?

Henrik Lindén vil i sin forskning undersøge, om de individuelle celler modtager enten det ene eller det andet signal, eller om de modtager begge signaler samtidig, og om mængden af aktiverings- eller deaktiverings-signaler enten holder systemet i ro - eller får det til at udføre funktionen.

Man kan sammenligne teorien med en kop med hul i bunden, hvor signalerne fra nabocellerne enten kan være at fylde eller at tømme koppen. Når koppen er fuld, udløses koppens/netværkets funktion.

Så længe signalerne er balancerede, kan koppen være næsten fuld og klar til at udføre sin funktion. Der skal derfor ikke meget signal til for at fylde koppen i forhold til en helt tom kop, hvilket kan have betydning for netværkets reaktionshastighed.

»Man kan se på netværket som værende i balance mellem modstridende signaler. Så længe signalerne ikke ændres, udfører netværket ikke sin funktion. Men i kraft af, at netværket ikke skal stimuleres særligt meget for at udføre sin funktion, kan det komme til at ske meget hurtigt,« forklarer Henrik Lindén.

Laver computermodel over nerveceller

Foruden studiet af skildpaddens rygrad vil Henrik Lindén også lave en computermodel til at teste, hvordan et netværk af celler, der både modtager stop- og startsignaler samtidig, organiserer sig i forhold til at skabe en aktion.

Computermodellen vil han bruge til at lave teorier, der kan testes i skildpaddens rygrad, mens observationer fra skildpaddens rygrad skal bruges til at fodre computermodellen med data, der gør dens modellering mere præcis.

»Fordelen ved dette setup er, at vi i skildpaddens rygrad har et meget simpelt nervesystem med et simpelt output i form af bevægelse. Det gør det relativt nemt at observere, hvad der sker, og hvad der ikke sker. Sammenholdt med computermodellen kan vi få en forståelse af netværk af nerveceller, der også er relevant for forståelsen af mere komplekse netværk af nerveceller, som eksempelvis i menneskehjernen,« slutter Henrik Lindén.

Forskningsprojektet varer foreløbigt to år.