Minder slår rod i drømmeland
Engang troede vi, at hjernen tager en slapper, mens vi sover. Nu ved vi, at hjernecellerne om natten er optaget af at arkivere ny viden og erfaringer til senere brug
Når vi lukker øjnene og falder i søvn, slapper hele kroppen af. Men hjernen arbejder stadigvæk.
Især vores ”huskecentral” Hippocampus, den lille søhesteformede struktur midt i hjernen, arbejder i døgndrift.
Den del af hjernen er ansvarlig for læring og hukommelse, og uden den kan vi ikke danne nye minder og heller ikke genkalde os erindringer.
Hippocampus sørger for om natten at rydde op og sortere i de mange indtryk, vi får i løbet af en dag, og opdatere hukommelsen, så vi kan bruge ny viden og erfaringer til at løse problemer i nutiden og planlægge for fremtiden.
Minder bliver etableret og dernæst konsolideret, så de sidder godt fast, og her spiller vores drømme en vigtig rolle.
En meget forsimplet, men til gengæld letforståelig version af det natlige hukommelses-arbejde, er beskrevet i den amerikanske animationsfilm ”Inderst inde”.
I filmen følger vi, hvad der sker inde i hovedet på en 11-årig pige, og hovedpersonerne er hendes følelser: glæde, vrede, frygt osv., som styrer pigen fra ”hovedkontoret” Hippocampus.
Alt, hvad pigen lærer og oplever ankommer til kontoret som ”hukommelseskugler” – de ligner bowlingkugler. Herfra sendes de videre til langtidsopbevaring i et stort bibliotek. Det er cortex, det yderste lag af storhjernen. Inden det sker, indgår hukommelseskuglerne dog i pigens drømme, og det passer med, hvad der virkelig sker i hjernen om natten.
Det fortæller Post. Doc. Macarena Gomez de Salazar, som er tilknyttet Magnus Kjærgaards forskergruppe på Institut for Molekylærbiologi og Genetik, DANDRITE, ved Aarhus Universitet.
Hukommelsen og filmen har hun skrevet en artikel om på Forskerzonen, Videnskab.dk.
Drømme bygger på minder
Engang troede man, at søvn beskytter hukommelsen, fordi der er ro på om natten, men nu ved forskerne fra hjerneskanninger, at hukommelsen i høj grad er aktiv, når vi sover, og navnlig, når vi drømmer.
”Hippocampus genafspiller vores minder i lyntempo, når vi drømmer - både de helt nye og nogle af de gamle. Det sker for at styrke de nerveforbindelser, som gemmer på minderne,” forklarer Macarena Gomez de Salazar.
I hippocampus bliver erindringer både styrket og svækket, så der foregår en sortering.
”Du husker for eksempel, hvor du parkerede din bil sidst. Det er praktisk. Men hvis du stadig husker, hvor du parkerede i sidste uge, skal du måske også huske på fem andre steder. Og dem har du ikke brug for, så erindringer om dem svækkes.”
”Indtryk fra i dag konsoliderer vi. Det andet behøver vi ikke mere, siger hjernen.”
Men hvordan opstår et minde?
For at forstå Macarena Gomez de Salazars svar på det spørgsmål, må vi lige have nogle grundbegreber på plads:
Signalstoffer, også kaldes for neurotransmittere, som for eksempel dopamin, serotonin og glutamat flyder her fra den ene celle til den anden celle, hvor de binder sig til skræddersyede modtage-molekyler, receptorerne. Derved udløser de en elektrisk impuls, som enten hæmmer eller aktiverer modtagecellen.
Dopamin regulerer lystfølelse og eufori, serotonin bl.a. appetit, sexlyst og humør, mens glutamat er en af de vigtigste aktiverende signalstoffer, som fungerer som brændstof for op mod 80 pct. af synapserne.
Når vi oplever et eller andet, udløses aktivitet på kryds og tværs af hjernens netværk alt efter, hvilke sanser, tanker og følelser, som er forbundet til oplevelsen. Millioner af synapser kan være involveret, når et minde bliver til.
”Et minde skabes ved at niveauet af signalstoffer stiger og antallet af receptorer i synapserne mellem neuronerne vokser,” forklarer Macarena Gomez de Salazar.
Aktiviteten svinger over døgnet – og om natten med de forskellige søvnfaser, men overordnet set, er der større aktivitet om dagen end om natten.
”Om dagen har vi mange, tætsiddende, store synapser og der er stor aktivitet imellem dem, fordi vi får så mange nye indtryk. Først på natten er der også stor aktivitet, men under søvnen eliminerer hjernen de forbindelser, vi ikke har brug for, og konsoliderer de vigtigste minder. Så lige før vi vågner, er der færre synapser, og hjernen er klar til at skrue op for aktiviteten igen og danne nye synapser,” siger Macarena Gomez de Salazar.
Vi kan ikke stole på hukommelsen
Hvert minde danner sit eget mønster af hjerneforbindelser, og for hver gang det aktiveres, styrkes mønsteret også. Lidt som en muskel, der bliver stærkere af at blive brugt og svagere af fysisk passivitet.
Så hver gang vi husker noget, og dermed giver mindet særlig opmærksomhed, bliver det stærkere.
Minde-rekonsolidering hedder det, når et minde tages frem og lagres på ny. Og for lige at gøre det lidt mere indviklet, så ændres der faktisk på mindet, inden det lagres igen.
”Hjernen interesserer sig ikke for sandheden,” siger speciallæge i psykiatri Peter Lund Madsen, også kendt som ”HjerneMadsen” i DR-TV-serien ”Historien om menneskehjernen”.
Han forklarer, hvordan et minde lagres som brudstykker forskellige steder i hjernen, og hvordan hippocampus sætter det sammen, når vi husker. Og at det ikke er som en filmstrimmel, men fragmenteret i sanseindtryk og kodeord. Mindet består af ganske få informationer, og derfor lægger hjernen selv noget til historien, eventuelt med detaljer fra nylige oplevelser.
”Vi bliver snydt så vandet driver,” siger Peter Lund Madsen.
Det er fordi minderne er ustabile og ændret talrige gange, at søskende for eksempel somme tider husker hændelser fra barndommen vidt forskelligt.
Her kommer animationsfilmens helstøbte bowlingkugler altså til kort. Minder ligger ikke fix og færdige på en hylde i et slags bibliotek, men eksisterer som komplekse, dynamiske og foranderlige hjerneprocesser.
Bearbejdning og lagring involverer ændringer i synapser, altså signalerne mellem neuronerne og i flere kredsløb i hjernen.
Og forskerne er først nu ved at komme på sporet af, hvad der foregår i hjernen, når vi husker og glemmer.
Det er som et enormt puslespil, hvor enkelte brikker hist og pist er sat sammen, men ingen endnu kan se det samlede billede af, hvordan hukommelsen fungerer. Men det ser altså ud til, at puslespillet har både en dagside og en natside.
Vigtige minder får et mærkat
Men hvad sker der egentlig på celleniveau, når hukommelsen arbejder om natten?
Det er netop, hvad Macarena Gomez de Salazar og de andre i Magnus Kjærgaards gruppe udforsker.
De undersøger bl.a. med støtte fra Lundbeckfonden, de molekylære mekanismer i forbindelserne mellem hjernecellerne.
Blandt andet vil de gerne finde ud af, hvorfor og hvordan nogle minder bliver konsolideret i langtidshukommelsen, mens andre svækkes og forsvinder.
”Vi går ud fra en hypotese om, at der må foregå en eller anden form for mærkning af de forbindelser, der skal i langtidshukommelsen. Og dernæst, at der dannes bestemte proteiner, som styrker hjerneforbindelserne,” fortæller Macarena Gomez de Salazar.
Det er lidt lige som personer, der bliver tagget på et foto på sociale medier, og mekanismen bliver faktisk også kaldt for ”tagging”. Hjerneforbindelserne bliver peget ud – ikke med navn men med et biokemisk mærkat, som signalerer: ”den her skal gemmes”.
Og det sætter altså gang i processer i neuronerne, så de producerer proteiner, som styrker forbindelserne og dermed fastholder dem i hukommelsen. Så når vi danner minder, ændrer vi vores hjerne. Man taler om hjernens neuroplasticitet.
Men hvordan ser sådan et mærkat ud? Det har flere forskere haft et bud på, og mange kandidater i form af forskellige proteiner har været i spil.
Magnus Kjærgaard-gruppen har en anden tilgang.
”Magnus Kjærgaard vendte det hele om, og spurgte: hvad skal sådan et mærke kunne? Hvilke biokemiske og biofysiske egenskaber skal til for at synapser mellem neuroner kan ændre sig? Og kan vi skabe det syntetisk - fra bunden?” fortæller Macarena Gomez de Salazar.
Forskere udvikler syntetisk protein
Udvikling af syntetiske proteiner er et nyt forskningsfelt, som har taget fart inden for de seneste år.
Proteiner er kroppens vigtigste byggesten. Enzymer, som nedbryder maden, antistoffer, som angriber bakterier og vira, og receptorer, som modtager signalstoffer i hjernen, er alle eksempler på proteiner.
Men at finde et bestemt protein kan være en temmelig uoverskuelig opgave. I naturen er der identificeret mindst 200 mio. proteiner – og i menneskekroppen har vi omkring 20.000 proteinkodende gener.
Proteiner består af kæder af aminosyrer i en bestemt rækkefølge – kaldet for sekvensen. 20 aminosyrer indgår i proteiner i den menneskelige krop.
Inden for de seneste år har forskere imidlertid udviklet syntetiske proteiner med helt nye egenskaber ved at sætte aminosyrerne sammen i andre rækkefølger end de velkendte.
Og det er lykkedes for Magnus Kjærgaards gruppe at udvikle sådan et syntetisk protein. Forskerne har skabt proteinet som en efterligning af naturlige proteiner, som er involveret i at styrke neuronernes forbindelser.
Magnus Kjærgaard har kaldt sit projekt for ”et smukt ægteskab mellem neurovidenskab og syntetisk biologi”.
I øjeblikket tester Macarena Gomez de Salazar og hendes kolleger proteinet i laboratoriet på en model af hjerneceller i en petriskål. Og det ser foreløbig ud til, at det som ventet er forbundet med neuroplasticitet.
”Vi har vist, at proteinet kan interagere med andre proteiner i synapsen og med den proces, som fører til langtidslagring i hukommelsen,” forklarer Macarena Gomez de Salazar.
Perspektivet er, at det måske bliver muligt at manipulere med aktiviteten i synapserne, og det kan udnyttes til udvikling af medicin mod sygdomme, som påvirker hukommelsen som for eksempel PTSD Posttraumatisk stress disorder.
Sandsynligheden taler for, at flere proteiner er involveret i ”tagging” af synapserne, men med det nye syntetiske protein ser det ud til, at forskerne fra Århus har fået fat i en af de vigtige brikker til natsiden i hukommelsens store puslespil.