Afsløret: Vores hukommelse ligner mos

To forskerhold har for første gang beskrevet biokemien bag dannelsen af korttids- og langtidshukommelse.

At huske er en af vores mest fundamentale færdigheder. Hvis vi ikke kan huske, er det næsten umuligt at være mennesker. Alligevel ved vi ikke ret meget om, hvordan den enorme masse af nerveceller i vores hoved kan huske så forskellige ting som et telefonnummer, et ansigt og ting, vi oplevede for halvtreds år siden.
To amerikanske forskere har imidlertid for nylig offentliggjort undersøgelser, der giver os væsentlig ny viden om, hvordan vores hukommelse virker. Begge har undersøgt tynde skiver fra rottehjerners hippocampus – en evolutionært gammel del af hjernen, som man længe har vidst har stor betydning for dannelse af hukommelse.I det ene forsøg har professor Ben Strowbridge på Case Western Reserve University i Cleveland gemt to bit information i ti sekunder i de skiver af rottehjerner, han arbejder med. Det er første gang, det er lykkedes med rigtige hjerneceller.
Hukommelsesnerveceller er lidt anderledes end andre nerveceller. Alle nerveceller lever for at sende signaler til hinanden. De gør det hele tiden, og de fleste nerveceller reagerer på et signal ved selv at signalere kortvarigt. Men man har længe vidst, at der er grupper af celler, som reagerer anderledes.
Disse nerveceller bliver ved med at signalere i op til ti sekunder efter den første impuls. Forskellige forsøg med hukommelse har vist, at der er en sammenhæng mellem, hvor godt man husker, og hvor meget denne form for aktivitet måles.
Den almindeligt accepterede hypotese er, at disse celler er vores korttidshukommelse. Men den præcise struktur af mekanismen har været ukendt indtil Strowbridge nu kommer med en sandsynlig forklaring.
Før han kom så langt, var han imidlertid nødt til at gå en omvej omkring en hundrede år gammel tegning lavet af en mand ved navn Santiago Ramón y Cajal. I hippocampus findes nogle celler, som kaldes moslignende celler – ‘mossy cells’ – fordi de har nogle porøse udvækster, som er meget karakteristiske. Det er disse moslignende celler, der bliver ved at fyre nerveimpulser af.
»Vi havde et stort problem med at finde kilden til deres impulser,« forklarer Strowbridge til Ingeniøren, »indtil jeg tænkte på at gå tilbage til Cajals gamle tegninger.«
Cajal havde tegnet nogle celler, som på engelsk kaldes semilunar granular cells, SGC’er. Disse celler findes der forholdsvis få af i hippocampus, og stort set ingen forskere har interesseret sig for dem, siden Cajal tegnede dem. Cellerne ligger typisk i forbindelse med de moslignende celler i hippocampus, og da Strowbridge begyndte at undersøge forbindelsen mellem dem, var der straks gevinst.
»Det var næsten med det samme klart for os, at der var en forbindelse mellem SGC’er og mossy cells,« fortæller Strowbridge.
Det viste sig, at de oversete SGC’er er det afgørende led i styringen af de moslignende celler.

Husker to bit
Hippocampus er opbygget med et tykt bundt nerver, der fører information ind i den ene ende til bearbejdning i hippocampus. Dette nervebundt satte Strowbridge to elektroder ned i for at give et kunstigt signal til hukommelsestrukturen.
Derefter målte han på tre moslignende celler længere ind i hippocampus. Det viste sig, at alt efter hvilken elektrode, han udløste, kom der forskelligt mønster af reaktion i de tre celler. Ved den ene elektrode havde alle tre celler en middelkraftig og næsten ens reaktion, ved den anden elektrode havde de to celler ingen reaktion, mens den tredje havde en meget kraftig reaktion. Interessant nok havde afstanden til stimulationen intet at gøre med styrken på reaktionen.Denne del af forsøget viser en interessant egenskab ved vores hukommelse: Hvis man uden at kende det oprindelige signal måler på en enkelt mossy cell, kan man ikke vide, hvilken elektrode, der har sendt signal ind.
Men hvis man måler på tre celler, så vil kombinationen af deres tilstande straks fortælle, hvilken elektrode, der blev brugt.
Den enkelte celle gemmer altså ikke brugbar information, det er hele netværket af celler, der er hukommelse.
»Vores forsøg viser, hvordan man gemmer to bit i netværket. Vi har tænkt at gå videre med forsøg på at gemme flere bit og se, hvordan netværket håndterer denne kompleksitet.«
Dette og afsløringen af SGC’ernes funktion kan blive et udgangspunkt for at forstå hukommelsens opbygning på niveauet over cellerne. Måske kan det endda hjælpe med at nå Strowbridges oprindelige mål: at behandle epilepsi. Opdagelsen af SGC’ernes funktion betyder nemlig, at man nu har fået et helt nyt mål for medicin mod epilepsi.

Inde i cellen
Den anden nye opdagelse kommer fra Kenneth Kosik, professor på University of California Santa Barbara. Hans forskning handler om de biokemiske processer involveret i at danne hukommelsen inden for cellevæggen – dog ikke i korttidshukommelsen, men i den langvarige hukommelse.
En bredt accepteret hypotese går ud på, at det er cellernes synapser – altså deres forbindelser med hinanden – der er basis for hukommelsen. Hukommelsen dannes ved, at bestemte synapser styrkes. Vi husker altså noget, fordi forbindelsen mellem to nerveceller er blevet stærkere. Når hver nervecelle kan have tusindvis af forbindelser til andre nerveceller, giver det også kapacitet til huske komplekse ting.
På det biokemiske niveau er der imidlertid et alvorligt problem ved denne hypotese. Den kræver nemlig opbygning af proteiner omkring synapsen – og når man måler på synapser, så kan man måle en nedbrydning af proteiner.
»Det er et problem, vi har arbejdet med i mange år,« forklarer Kosik. »Det var først med opdagelsen af microRNA i 2001, at vi fik et redskab til at forstå, hvad der skete.«
Ved at lægge relevante farvestoffer ind i levende nerveceller, kan Kosik med et elektronmikroskop direkte se de proteinprocesser, han er interesseret i. Så ved at sende et signal til en synapse på en nervecelle, kan han i mikroskopet se og fotografere de proteiner, der bliver nedbrudt eller opbygget.
Når microRNA kan blive sådan en hjælp for Kosiks forskning skyldes det, at RNA er arbejdstegningen for de proteiner, der skal syntetiseres ud fra DNA. RNA er meget lange kæder af proteiner, mens microRNA kun består af lidt over en snes proteiner, der hænger sammen i en lille kæde.
Det fungerer næsten som den lille kædelås, der holder din cykel fast til stativet. MicroRNA’et låser RNA-kæden, så den ikke kan bruges til at danne nye proteiner.
Først når denne microRNA-lås låses op af de rette omstændigheder, kan RNA-kæden bruges til at danne proteiner.
Det er netop sådan et fænomen, der er på spil i synapserne. Kosik og hans medarbejdere kunne vise, at når en synapse modtager et signal, så sætter det gang i en proces, der ødelægger microRNA, hvilket åbner RNA, så det nu kan bruges til at danne proteiner, der styrker synapsen.
På den måde har Kosik vist en direkte sammenhæng mellem et signal til en synapse og de biokemiske processer, der får synapsen til at vokse. Det er ikke et endegyldigt bevis på, at det er sådan vores hukommelse kodes på et basalt kemisk niveau, men det er den hidtil bedste forklaring.
»Der indgår mange flere proteiner i processen, end vi har vist i vores eksperiment, og på sigt håber vi at kunne beskrive resten af proteinkomplekset,« siger Kenneth Kosik.
Måske også brugbart
Det vil bestemt interessere professor og overlæge Gunhild Waldemar, der arbejder på Nationalt Videnscenter for Demens og Neurologisk Klinik på Rigshospitalet. Her tæller overordnede ideer og hypoteser ikke så meget – hvis man skal behandle folk for sygdomme, er det vigtigt at kende de præcise funktioner og den præcise biokemi:
»Begge undersøgelser afdækker nye mekanismer for, hvordan hukommelsen virker i hjernen på det cellulære niveau. En bedre forståelse af det kan være vigtige brikker i det puslespil, som skal identificere nye muligheder for behandling af hjernesygdomme, som rammer hukommelsen,« siger hun.

2 responses to “Afsløret: Vores hukommelse ligner mos

  1. This is my first time pay a visit at here and i am really
    impressed to read all at alone place.

  2. Appreciating the time and energy you put into your blog and detailed
    information you offer. It’s great to come across a blog every once in a while that isn’t the same old rehashed material.
    Excellent read! I’ve bookmarked your site and I’m adding your RSS feeds to
    my Google account.

Skriv et svar

Udfyld dine oplysninger nedenfor eller klik på et ikon for at logge ind:

WordPress.com Logo

Du kommenterer med din WordPress.com konto. Log Out / Skift )

Twitter picture

Du kommenterer med din Twitter konto. Log Out / Skift )

Facebook photo

Du kommenterer med din Facebook konto. Log Out / Skift )

Google+ photo

Du kommenterer med din Google+ konto. Log Out / Skift )

Connecting to %s