Hjernen avsløres

Nå skal ny viten om hjernen brukes til å utvikle nye medisiner. Hjernen er en mer komplisert maskin enn noen har kunnet forestille seg.

Arbeidet til professor Seth Grant viser at våre mest avanserte elektroniske datamaskiner fortsatt er langt mindre kompliserte enn hjernen til en mark.

HJERNE vs PC
Overføring av signalene i hjernen er 10 000 ganger tregere enn f.eks. den gamle datamaskinen Commodore 64 fra midten av 1980-tallet.Forskjellen er at hjernen har 100 milliarder celler som arbeider parallelt for å løse én eller flere oppgaver. For å sammenligne: Hvis du kobler en PC med en Pentium 4-prosessor (som har 42 000 000 transistorer) til hver eneste node på Internett, så vil et menneske ha en hjernekapasitet som er 10 til 100 ganger større enn dette. Tidligere trodde man at det totale antall PC’er på Internett hadde passert den menneskelige ytelsen.

Alle dyr kan lære å memorere – fisk, mus, ja, til og med bananfluer. Men hvordan lagres kunnskap og minner i hjernen, og hvordan klarer vi å hente dette ut? Hva kan disse prosessene fortelle oss om menneskelig læring, alderdom med tilhørende svekkelse og de tradisjonelle hjernesykdommene?I løpet av de neste fem årene vil blant annet forskingsprosjektet Genes to Cognition (G2C) og Wellcome Trust Sanger Institute ved University of Edinburgh, ledet av professor Seth Grant, prøve å finne svar på disse spørsmålene.

Supermaskin. Analyser av blant annet hvordan 186 av genene våre brukes til tankevirksomhet, viser at den menneskelige hjerne er minst 1000 ganger kraftigere enn tidligere antatt.I dag betraktes den menneskelige hjerne som det mest kompliserte maskineriet som finnes. Den gjennomsnittlige menneskelige hjerne, som veier ca. 1,5 kg, består av minst 100 milliarder nerveceller. Hver nervecelle kan igjen danne opptil 50 000- 60 000 kontaktpunkter med andre hjerneceller. Det er virkelig billioner av kontakter i hjernen, og det er nesten uendelig antall veier en impuls kan ta.Hjernens nettverksledninger er tynne utløpere som forbinder en nervecelle med en annen. Signalene som løper langs nettverksledningene er elektrokjemiske, mens kjemiske substanser formidler signalene over kontaktstedene.

Realister og medisinere.I Edinburgh har realister som har kjemiske datamaskiner (datamaskiner som bruker kjemiske reaksjoner i stedet for elektriske kretser) som spesialitet, konsentrert seg om kontaktstedene, de såkalte synapsene, i hjernen.Ved hjelp av de nyeste teknikkene innen funksjonell genomforskning har prosjektleder Seth Grant og hans team studert synapsene på en helt ny måte. De har isolert proteinene på mottagersiden av synapsene og identifisert dem ved hjelp av massespektrometri. Fra disse dataene har man identifisert i overkant av 1100 forskjellige proteiner.Forskerne fant de tilhørende genene og studerte hvilke proteiner som reagerte med hverandre. Man har videre avdekket hvordan 200 sentrale proteiner arbeidet sammen i et kritisk molekylært signalsystem. Dette molekylære signalsystemet har man kalt MASC. Seth Grant og hans prosjektteam har med MASC’en avdekket et helt nytt lag av kompleksitet i hjernen.

Kroppens datamaskin.I en datamaskin kan vi bruke ledninger eller et trådløst nettverk som benytter radiobølger til kommunikasjon når vi kobler til en skriver, skanner, høyttaler, mikrofon, videokamera eller en annen detektor som for eksempel et styringssystem. Alt dette blir behandlet av datamaskinens mikroprosessor.Tilsvarende går det nerver opp til hjernen fra øynene, ørene, munnen, nesen og huden din. Alle dine sanseinntrykk blir behandlet i hjernen og omdannes til det vi kaller sanseoppfatning. Og som i en datamaskin mottar også hjernen data i form av nerveimpulser. Datamaskinen håndterer dataene rått, mens nerveimpulsene som hjernen mottar, endrer egenskapene på strukturen de passerer.

Signalsystem.I hjernen er det nettverksledningene som er analoge til ledningsnettet som vi finner i dataverdenen.Signalsystemet MASC kan betraktes som et komplisert relé, lik datamaskinens mikroprosessor. Tegner man streker mellom proteinene i MASC, kan man se hvordan “mikroprosessoren” er bygget opp og hvilke komponenter som er forbundet med hverandreDet er avsløringene av hvordan MASC fungerer som viser at hjernen er mye mer avansert enn tidligere antatt. Det viser seg at kontaktpunktene (synapsene) har mye større behandlingskapasitet enn hva man tidligere har forstått. Med MASC’en har hjernen fått en kapasitet som er over 1000 ganger høyere enn tidligere beregnet. Synapsene sender og behandler informasjon ved å registrere mønster av hjerneaktivitet som er resultatet av endringer av egenskapene til nervecellen.Arbeidet med MASC viser at man har en molekylær datamaskin inni den cellulære datamaskinen (hjernen). Dette har åpnet helt nye veier til å forstå hvordan informasjon blir behandlet i hjernen.

Sykdom er defekter.Forskerne har funnet ut at 10- 15 av proteinene i MASC er essensielle for å kunne lære og for å kunne huske.Når ett av proteinene i MASC’en mangler, er mutert eller har en defekt, vil det bli permanente endringer i nervecellen. Man har nå sporet knytningen mellom de forskjellige komponentene som MASC består av, og i analysearbeidet har forskerne kunnet forutsi hvordan komponentene passer sammen og hvilke roller de spiller i forbindelse med sykdom.Vi ser at ca. 1/3 av proteinene i MASC’en er involvert i forskjellige sykdommer som schizofreni og depresjon. Når den molekylære strukturen i MASC’en er ødelagt, ser man at hjernen håndterer informasjonen på en unormal måte.

Skreddersydd behandling. Selskapene som utvikler medisin for sykdommer i forbindelse med hjernen, har til nå kun fokusert på de kjemiske signalene som går mellom nervecellene. Nå som man har forstått “datamaskinen” som prosesser, vil de kunne utvikle medisiner som gir en mer skreddersydd behandling. I tillegg vil man nå også ha muligheten til å utvikle helt nye medisiner. Dette kan være medisiner som gjør det lettere for mennesker å konsentrere seg, tenke og huske.