Ny inlärningsmekanism för enskilda nervceller
Inlärning bygger på att kontakterna mellan hjärnans nervceller förstärks eller dämpas. Det är i alla fall den traditionella synen – men den utmanas nu av nya forskningsfynd från Lunds universitet. Enligt dessa finns det också en tredje mekanism, en sorts klockfunktion som ger enskilda nervceller förmågan att tidsinställa sina reaktioner.
– Detta innebär en drastisk ökning av hjärnans inlärningskapacitet. De celler vi studerat styr blinkningsreflexen, men det finns många celler av samma typ som styr helt andra saker. Den "tajmningsmekanism" vi upptäckt finns därför troligen även i andra delar av hjärnan, säger professorn i experimentell medicinsk vetenskap Germund Hesslow.
Han och hans medarbetare Dan-Anders Jirenhed och Fredrik Johansson har använt sig av s k betingade reflexer i sin forskning. Principen kommer från ryssen Ivan Pavlov, som kring förra sekelskiftet lärde hundar koppla ihop ett visst ljud med mat, så att de så småningom började drägla vid bara ljudet.
I lundagruppens experiment handlar det om djur som lärt sig koppla ihop ett ljud med en luftpuff mot ögat som orsakar en blinkning. Om tiden mellan ljud och luftpuff varit en kvarts sekund blinkar djuren efter en kvarts sekund även om luftpuffen tas bort. Har tiden varit en halv sekund blinkar djuren efter en halv sekund, och så vidare.
Enligt hjärnforskarnas gängse teorier beror en sådan inlärd tidsmekanism på att kontakterna – synapserna – inom hela nätverk av nervceller blivit förstärkta eller försvagade. Men med hjälp av supertunna elektroder kan lundagruppen nu visa att det inte behövs några nätverk: en enda cell kan på egen hand lära sig när det är dags att reagera.
De celler forskarna studerat kallas Purkinjeceller och sitter i lillhjärnan. Lillhjärnan har hand om kroppsställning, balans och rörelser, och lundaforskarna har riktat in sig på de celler som styr ögats blinkningsrörelse.
Arbetet är grundforskning, men man kan tänka sig möjliga tillämpningar i framtiden. De nya kunskaperna skulle t.ex. kunna få betydelse för rehabiliteringen efter en stroke, som ju ofta påverkar patientens rörelser. De skulle också kunna ha bäring på tillstånd som autism, ADHD och språkstörningar, där lillhjärnan numera tros spela en roll.
– Ett begripligt tal är ju beroende av rätt tajmning, så att det blir lagom långa pauser mellan ljuden, påpekar Germund Hesslow.
Lundaforskarnas fynd har redan väckt intresse i forskarkretsar: den internationellt kände hjärnforskaren Charles Gallistel kom t.ex. i våras enkom från Harvard för att studera gruppens arbete. Man arbetar nu vidare med att studera vilken signalsubstans och vilken receptor på cellens yta som står för den nyupptäckta "tajmingsmekanismen".
Publikation:
”Memory trace and timing mechanism localized to cerebellar Purkinje cells”
Fredrik Johansson, Dan-Anders Jirenhed, Anders Rasmussen, Riccardo Zucca, Germund Hesslow
PNAS, online 29 september 2014.
http://www.pnas.org/content/early/2014/09/24/1415371111.abstract?sid=73daabbb-8004-460f-8c4b-0f7b9be4e367
Kontakt:
Germund Hesslow nås på tel 046-222 77 50 eller 070-348 12 19, och e-post germund.hesslow@med.lu.se