Hvordan blir et minne til, og hvorfor fester noen opplevelser seg mens andre forsvinner? Ved å gi nerveceller lysfølsomme gener fra alger kan forskere komme tettere på noen av hjernens største mysterier.
Minner er med på å forme hvem vi er. De tar vare på øyeblikkene vi har opplevd, menneskene vi har møtt og følelsene vi har kjent. Likevel vet vi fortsatt ikke fullt ut hvordan et minne blir til, eller hvorfor noen minner varer mens andre viskes ut.
– For å få svar på de overordnede spørsmålene om hvordan hjernen fungerer, så må man ha verktøy som gjør at du kan følge med på cellenivå, inne i en fungerende hjerne. Med optogenetikk kan vi gjøre det. Hjernen er intakt og opererer som vanlig, samtidig som vi kan studere årsak – virkning på cellenivå, sier Karl Deisseroth, professor i bioingeniørfag og psykiatri ved Stanford University, i et intervju med det vitenskapelige tidsskriftet EMBO Reports.
Deisseroth er en av pionerene bak optogenetikk, en teknologi som gjør det mulig å styre og studere bestemte nerveceller ved hjelp av lys. Teknologien har gitt forskere nye muligheter til å undersøke hvordan minner dannes og hentes frem.
Stier i skogen
Biolog og nevroforsker Marianne Fyhn ved Universitetet i Oslo beskriver hukommelse som et nettverk av nerveceller der forbindelsene mellom cellene er blitt styrket. Aktiveres én del av nettverket, kan hele nettverket vekkes til live.
– Hvis du tenker deg en skog med mange små stier, blir den stien du går på mange ganger stadig tydeligere. Slik styrkes også forbindelsene mellom nervecellene når vi lærer, sier Fyhn.
Med optogenetikk kan forskerne studere slike «minnestier» mens hjernen er i aktivitet. Teknologien bygger på et lysfølsomt protein som finnes hos enkelte grønnalger.
– Hos algene hjelper proteinet dem å svømme mot bedre lysforhold. Ved å sette genet som koder for det lysfølsomme proteinet inn i utvalgte nerveceller i hjernen, kan forskerne aktivere eller hemme disse med laserlys, forklarer Fyhn.
Fyhn forteller at også legemidler og elektrisk stimulering kan påvirke hjernen, men optogenetikk gjør det mulig å slå av og på bestemte nerveceller og hjernekretser med langt større presisjon enn tidligere metoder.
Fra mus til mennesker
Optogenetikk brukes i dag først og fremst som et forskningsverktøy i forsøksdyr, særlig mus. Genet for lyssensitivitet pakkes inn i et ufarlig virus som fungerer som et transportmiddel, og viruset sprøytes så inn i den delen av hjernen man ønsker å studere.
– Vi kan ikke uten videre overføre funn fra mus til mennesker. Men vi har de samme hjerneområdene og de samme typene nerveceller. Derfor kan dyreforsøk lære oss mye om de grunnleggende mekanismene som også ligger bak hvordan den menneskelige hjernen fungerer, sier Fyhn.
Ofte bruker forskerne optiske sensorer i kombinasjon med optogenetikk. Sensorene består av proteiner som lyser når en nervecelle er aktiv. Ved å registrere lyset med et mikroskop kan forskerne følge aktiviteten i enkeltceller.
– Både optogenetikk og optiske sensorer er invasive metoder som krever at vi går inn i hjernen. Derfor er det etisk vanskelig å bruke dem på mennesker, sier Fyhn.
Optogenetikk har gitt forskerne ny innsikt i hvilke hjernekretser som er involvert i hukommelse, depresjon og hjernesykdommer som Alzheimer. På sikt kan slik kunnskap bidra til utvikling av mer målrettede legemidler, hjernestimulering og andre behandlingsformer.
Hukommelse og minner
Implisitt hukommelse er ubevisste minner, som hvordan vi sykler eller strikker. Kunnskapen er lagret i hjernen, men det er ikke et minne vi kan hente fram og beskrive med ord. Eksplisitt hukommelse er minner du bevisst kan hente fram og fortelle om.
Eksplisitt hukommelse deles inn i to underkategorier:
- Semantiske minner er faktakunnskap og begreper.
- Episodiske minner er minner om egne opplevelser, og om hva som skjedde, hvor og når. Når vi henter fram et slikt minne, aktiveres et stort nettverk i hjernen.
Lagres når vi sover
Fyhn og hennes kolleger har vist hvor viktig søvn er for læring ved hjelp av en metode som bygger på de samme prinsippene som optogenetikk, men i stedet for lys brukes et kjemisk stoff for å slå av og på aktiviteten i bestemte nerveceller.
– Under søvn spiller hjernen av det vi har opplevd og lært i høy hastighet. Det styrker forbindelsene mellom nervecellene og bidrar til at minner lagres, sier Fyhn.
I forsøk lærte mus enkle oppgaver på dagtid. Da de sov, hemmet forskerne nervecellene som lagret de nye minnene.
– Da klarte ikke musene å huske det de hadde lært. Forsøkene viser hvor viktig aktiviteten i hjernen under søvn er for at minner skal bli varige, sier Fyhn.
Søvn er likevel bare én del av læringen.
– Skal du lære noe, må du rette oppmerksomheten mot det du skal lære. Hjernen er dårlig til å multitaske. Mobilen og alle de andre forstyrrelsene stjeler oppmerksomheten du trenger for at læring skal skje, sier hun.
Vi kan heller ikke stole på at hukommelsen gjengir fortiden nøyaktig slik den skjedde.
– Vi mennesker husker feil, og vi kan også bli manipulert til å huske ting som aldri har skjedd, sier Ylva Østby Berger, førsteamanuensis i kognitiv- og nevropsykologi ved Universitetet i Oslo.
Ifølge Østby Berger skyldes dette at hjernen ikke lagrer alle detaljer fra en opplevelse.
– Grunnlaget for falske minner er at minnene ofte er ufullstendige. Når vi senere henter dem fram, fyller hjernen inn manglende detaljer slik at historien virker hel. Det betyr ikke at folk lyver. Hukommelsen kan ganske enkelt vri på sannheten, sier Østby Berger.
Fra barndomsminner til behandling
For Ylva Østby Berger er et av de mest spennende spørsmålene hvordan hukommelsen utvikler seg hos barn. De fleste mennesker husker lite eller ingenting fra de tre første leveårene.
– Det er fortsatt mye vi ikke vet om barndommens hukommelse og barndomsamnesi er et normalt fenomen. Jeg håper forskning, blant annet med optogenetikk, kan gi oss noen av svarene på hvordan barns hukommelse utvikler seg, sier hun.
Marianne Fyhn mener denne teknologien på kort sikt kan gi uvurderlig innsikt i hvordan minner og andre komplekse funksjoner fungerer i hjernen.
– På lengre sikt kan denne kunnskapen brukes til å reparere sviktende nevrale nettverk, for eksempel hos personer med Parkinsons sykdom eller demens. Men muligheten til å påvirke hjernen reiser også store etiske spørsmål om sikkerhet, misbruk og hvor grensen går for å manipulere hvem vi er, sier Fyhn.
