Hvordan ved vi, hvor vi er? Hvordan kan vi finde vej fra et sted til et andet? Og hvordan kan vi gemme denne information på en sådan måde, at vi umiddelbart kan finde vej, næste gang vi skal opspore den samme vej?
Følelsen stedsans og evne til at navigere er nogle af de mest grundlæggende hjernefunktioner.
Hvordan ved vi, hvor vi er? Hvordan kan vi finde vej fra et sted til et andet?
Og hvordan kan vi gemme denne information på en sådan måde, at vi umiddelbart kan finde vej, næste gang vi skal opspore den samme vej?
For mere end 200 år siden hævdede den tyske filosof Immanuel Kant, at der findes nogle mentale evner som har ”A priori” viden, uafhængigt af erfaring.
“A priori” er den erkendelse, der er opnået via fornuften alene.
Han betragtede rumopfattelsen som et indbygget princip i sindet, gennem hvilken verden er, og skal opfattes.
Med fremkomsten af adfærdspsykologi i midten af det 20. århundrede, kunne disse spørgsmål rettes eksperimentelt.
Da den amerikanske psykolog Edward Tolman undersøgte rotters bevægelser gennem labyrinter, fandt han, at de kunne lære at navigere, og foreslog at et “kognitiv kort” i hjernen gjorde det muligt for dem at finde vej. Men spørgsmålet var – hvordan ville sådan et kort være repræsenteret i hjernen?
John O’Keefe opdagede den første del af dette positioneringssystem i 1971, og det norske ægtepar May-Britt og Edvard I. Moser, som fra 1994 til 1996 var gæsteforskere i London hos O’Keefe, opdagede den anden nøglekomponent i 2005.
For disse to opdagelser, som gør det muligt at bestemme position og navigere, fik John O’Keefe sammen med May-Britt og Edvard Moser i 2014 tildelt Nobelprisen i fysiologi og medicin ”for deres opdagelser af celler, som udgør et positioneringssystem i hjernen”.
Nobelpristagerne har opdaget et positioneringssystem, en “indre GPS” i hjernen, som gør det muligt at orientere os i universet, hvilket demonstrerer en cellulær basis for en højere kognitiv funktion.
John O’Keefe, der er født i 1939 af irske indvandrere, er både amerikansk og britisk statsborger. O’Keefe tog sin doktorgrad i fysiologisk psykologi ved McGill University i Montreal i Canada i 1967. Han forskede derefter ved University College London og blev der udnævnt til professor i neurovidenskab i 1987.
Han er i dag leder for Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour ved samme universitet. Han er tillige professor ved University College i London.
Edward Mosers forældre var oprindelig fra Tyskland og indvandrede til Norge i 1950. Han blev cand. psych. fra Universitet i Oslo i 1990, hvor han også mødte sin kommende hustru.
I 2007 stiftede han sammen med sin hustru Kavli Institute for Systems Neuroscience i Oslo, som de er henholdsvis direktør og meddirektør for.
De har begge modtaget et stort antal priser og er medlem af et antal videnskabelige universiteter, og blev senest i 2014 valgt ind som foreign associate i det amerikanske videnskabsakademi National Academy of Sciences, i øvrigt sammen med O’Keefe.
John O’Keefe var fascineret af problemet om, hvordan hjernen styrer adfærd og besluttede i slutningen af 1960’erne at angribe dette spørgsmål med neurofysiologiske metoder.
Opdagelsen af den første komponent
I 1971 opdagede John O’Keefe den første komponent i dette positionering system. Ved at optage elektriske signaler fra individuelle nerveceller i den del af hjernen kaldet hippocampus opdagede O’Keefe at en type nervecelle hos rotter der bevægede sig frit i et rum blev aktiveret, når dyret bevægede sig et bestemt sted i rummet. Andre nerveceller blev aktiveret, når rotten var andre steder.
Han kunne påvise, at disse ” sted-celler” ikke blot blev registreret ved visuelt input, men opbyggede et indre kort over rummet.
O’Keefe konkluderede, at hippocampus genererede mange kort ved hjælp af den kollektive aktivitet af sted-celler, der aktiveres i forskellige miljøer. Derfor kan hukommelsen af et miljø lagres som en specifik kombination af sted-celle aktiviteter i hippocampus.
O’Keefes arbejde åbnede op for et helt område af forskning om, hvordan hippocampus bidrager til hukommelsen, med andre ord – for at navigere må du huske hvor du er.
Opdagelsen af det andet element positioneringssystemet
Det norske ægtepar May-Britt og Edvard Moser, født i henholdsvis 1963 og 1962 og begge psykologiprofessorer, arbejdede videre med O’Keefes opdagelse på Norges Teknisk-naturvidenskabelige Universitet i Trondheim, hvor de ledede hver deres institut.
Og mere end tre årtier senere, i 2005, opdagede May-Britt og Edvard Moser et andet centralt element i hjernens positioneringssystem.
De identificerede en anden type nervecelle, som de kaldte “gitter-celler”, som genererer et koordinatsystem der gør det muligt at fastslår en præcis position.
May-Britt og Edvard Moser kortlage forbindelsen til hippocampus hos rotter der bevæger sig i et rum, da de opdagede et forbløffende mønster af aktivitet i en nærliggende del af hjernen kaldet entorhinal cortex. Her blev visse celler aktiveret når rotten passerede flere steder anbragt i et sekskantet gitter.
Hver af disse celler var aktiveret i et unikt rumligt mønster og kollektivt udgjorde disse “gitter-celler”, et koordinatsystem, der giver mulighed for geografisk navigation. Sammen med andre celler i entorhinal cortex, der genkender retningen af og omfanget af rummet, danner de kredsløb med sted-cellerne i hippocampus.
Dette kredsløb udgør et omfattende positionerings system, et indre GPS, i hjernen.
Deres efterfølgende forskning viste, hvordan sted- og gitter-celler sammen gør det muligt at bestemme position og navigere. Med de opdagelser har John O’Keefe, May- Britt og Edvard Moser løst et problem, der har optaget filosoffer og videnskabsmænd i århundreder – hvordan skaber hjernen et kort af det omkringliggende rum, og hvordan kan vi navigere – det vi kalder stedsans.
Nylige undersøgelser med hjerne billeddiagnostiske teknikker samt neurologiske undersøgelser af patienter har dokumenteret, at sted- og gitter- celler også findes i mennesker.
De påviste hvordan fysisk placering og rumlig hukommelse beregnes i hjernen.
En af disse indsigter har ført til en øjeblikkelig revision af veletablerede opfattelser af, hvordan hjernen beregner position, og hvordan resultaterne af disse beregninger anvendes af hukommelsesgitter på hippocampus – en indsigt, der i sidste ende kan gavne udviklingen af redskaber til diagnose og behandling af Alzheimers sygdom som på verdensplan berører 44 millioner mennesker.
Den episodiske hukommelse påvirkes i flere sygdomme i hjernen, herunder Demens og Alzheimers sygdom.
Hos patienter med Alzheimers sygdom, er cortex entorhinalis og især hippocampus ofte ramt på et tidligt tidspunkt, og disse personer mister ofte deres orientering.
Læs mere om: Alzheimers sygdom i Lægens Leksikon
En bedre forståelse af neurale mekanismer bag hukommelsen er derfor vigtigt og opdagelsen af sted- og gitter-celler har været et stort skridt fremad for at fremme disse bestræbelser.
Viden om hjernens positioneringssystem kan derfor hjælpe os med at forstå den mekanisme der underbygger det ødelæggende hukommelsestab, der påvirker mennesker med denne sygdom.
Opdagelsen af hjernens positioneringssystem repræsenterer et paradigmeskift i vores forståelse af, hvordan forskellige specialiserede celler arbejder sammen om at udføre højere kognitive funktioner. Det har åbnet nye muligheder for at forstå andre kognitive processer, såsom hukommelse, tænkning og planlægning.
Kilde: Nobelprize.com, The Irish Times, The Kavli Prize
