Vår fantastiske, skjøre hjerne

I dag, den 19.februar, går startskuddet for Hjerneåret 2015. Over de kommende månedene skal ulike aktiviteter som foredrag, konferanser og utstillinger i Norge og resten av Europa gi økt kunnskap om menneskehjernen og bevissthet omkring hjernesykdommer, inkludert preventive tiltak, behandling, forskning og utvikling. Vi tar et dykk ned i hjernen og en kikk på noe av det som rører seg innen hjerneforskningen.

Hjerneforskning ble for alvor satt på Norgeskartet da May-Britt og Edvard Moser i høst ble tildelt Nobelprisen i medisin. Gjennom studier på rotter oppdaget de celler som utgjør et posisjoneringssystem i hjernen, såkalte gitterceller, og siden har også slike celler blitt funnet i menneskehjernen. Slik forskning er viktig for å forstå hvordan hjernen fungerer og hva som går galt når den ikke fungerer, som for eksempel i Alzheimers sykdom hvor man mister evnen til å orientere seg i rom. Utbredt forskningsaktivitet lar oss gradvis avsløre hjernens hemmeligheter og gir oss bedre verktøy i kampen mot hjernesykdommer.

Et lite kraftverk

Visste du at vi tenker rundt 70.000 tanker hver dag? Og at kun 5% av disse er bevisste, mens de resterende 95% tilhører underbevisstheten? En menneskehjerne har en enorm kapasitet, og det er en myte at vi utnytter kun 10% av den. Faktisk produserer en hjerne i våken tilstand nok elektrisitet til å tenne en liten lyspære. Den 1,5 kilo tunge hjernen utgjør kun rundt 2% av vår kroppsvekt, men forbruker hele 20% av oksygenet i kroppen.

Hjernen kan sammenlignes med en bil. Alle delene arbeider sammen, men de har hver sin spesialiserte rolle. De mest basale kroppsfunksjonene og emosjonelle responsene kontrolleres av de nedre og midtre hjernestrukturene, som pust og hjerterytme, innlærte bevegelser som å gå i trapper, adrenalinet som pumper mens du svetter over eksamensoppgaven, og sinnet som koker når du ser noen som sniker i butikkøen. Storhjernen, eller cerebrum, utgjør hoveddelen av hjernen. Den er delt inn i venstre og høyre hjernehalvdel (hemisfære), som hver styrer motsatt side av kroppen. Storhjernen er spesielt involvert i å bearbeide ulike sanseinntrykk, og å utføre frivillige motoriske bevegelser og komplekse tankeprosesser.

Hjernen består av mange slags celler, hvor nevroner utgjør den primære funksjonelle typen. Hver eneste følelse, bevegelse, tanke, sanseinntrykk og erindring er et resultat av signaler som sendes gjennom disse. Når en nerveimpuls i form av et elektrisk signal sendes gjennom et nevron frigjøres små molekyler kalt nevrotransmittere fra utløperen (axonet) i enden av cellen. Når nevrotransmitterene så binder seg til reseptorer på neste nevron starter en ny nerveimpuls. Og slik fortsetter det inntil signalet når målet sitt, for eksempel muskelceller som trekker seg sammen som respons på signalet. Hver av de om lag 100 billioner nevronene kan lage kontakter med tusener av andre celler. Dette vanvittig store antallet koblinger understreker hvor kompleks hjernen er.

En hjerne til besvær

Menneskehjernen er enestående. Men også sårbar. Det finnes flere hundre ulike nevrologiske sykdommer, som listet opp på hjemmesiden til det amerikanske National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS). Av disse utgjør aldersrelaterte nevrodegenerative lidelser som Alzheimers og Parkinsons sykdommer en av de største undergruppene. Felles for slike sykdommer er at de utvikler seg gradvis og oftest opptrer sporadisk og i sen alder (over 65 år). Selvom det fremdeles er huller i kunnskapen vår vet vi at de forårsakes av at proteiner klumper seg sammen i eller mellom nevroner, og danner såkalt plakk og nevrofibrillære floker. I tillegg reduseres antall nevronkoblinger og hjernecellene forvitrer og dør. Typiske symptomer er tap av hukommelse og gradvis minkende motorisk kontroll. Dessverre er slike lidelser uhelbredelige, og innebærer store påkjenninger for både pasienter og pårørende.

Parallelt med modernisering av samfunnet har forventet levealder økt dramatisk. Det er de gode nyhetene. De dårlige nyhetene er at dette dessverre også innebærer en økt risiko for aldersrelaterte nevrologiske sykdommer. Folkehelseinstituttet anslår at det i 2050 vil være omtrent 160.000 tilfeller av Alzheimers sykdom i den norske befolkningen, mer enn det dobbelte av dagens nivå, som et resultat av økt levealder og befolkningsvekst. Og i USA har man estimert at kostnadene knyttet til behandling av Alzheimers sykdom på samme tid kan bli så mye som 1 trillion dollar. I året! Statistikk som dette understreker viktigheten av forskning på slike lidelser, og at dette bør være et prioriteringsområde for fremtidige investeringer.

Ny innsikt

Det forskes heldigvis allerede mye på hjernesykdommer, og det rapporteres om spennende funn ukentlig. Blant annet får vi stadig mer kunnskap om underliggende årsaker, et område vi fremdeles ikke forstår fullt ut. For eksempel viser rykende ferske resultater fra forskere ved The Scripps Research Institute i USA at enkelte hjerneceller fra pasienter med Alzheimers sykdom ofte har ekstra kopier av genet APP som produserer hovedkomponenten i de ødeleggende proteinklumpene i hjerneplakk. Og spesielt er dette tilfelle i områder av hjernen assosiert med komplekse tankeprosesser, noe som svekkes hos pasienter med Alzheimers sykdom. Såkalt "genetisk mosaisisme" hvor ulike celler kan ha forskjellig genetisk materiale er ikke uvanlig i hjerneceller og forskerne spekulerer derfor på om dette kan være en underliggende årsak til også andre nevrologiske sykdommer. Selv om dette er viktige funn er det dessverre vanskelig å bruke innen diagnostikk, siden disse genetiske endringene ikke vil opptre i vev som er tilgjengelig for prøver, som for eksempel blod.

Derimot har det blitt gjort fremskritt på andre områder som kan gjøre det mulig å stille tidligere diagnose enn før. I siste utgave av det prestisjefylte tidsskriftet PNAS rapporteres det om særegne hjerneaktivitetsmønstre hos mennesker med Alzheimers sykdom, og dette kan visualiseres med en spesiell form for PET-scanning. Og siden dette kan ses på et tidligere stadium enn ved klinisk diagnostisering kan det bidra til en raskere diagnose og dermed raskere behandling. Men selv om det finnes enkelte behandlingsalternativer for håndtering av symptomer, er de ofte utilfredsstillende og har mange bivirkninger. En av de største utfordringene er at hjerneceller er utilgjengelige for standard medikamentell behandling siden de beskyttes av den såkalte blod-hjernebarrieren. Frem til nå. I høst fant forskere nemlig et nytt antistoff kalt FC5 som kan "smugle" andre og større molekyler over denne barrieren. Teknologi som dette kan forhåpentligvis bane vei for mer effektive behandlinger i fremtiden.

Pass på hodet. Og magen!

Selv om vi fortsatt ikke har full oversikt over hvilke risikofaktorer som bidrar til nevrodegenerative lidelser er ekspertene enige om at det er en kombinasjon av genetiske, miljømessige og livsstilsbetingede elementer. Noen av disse er det vanskelig å gjøre noe med, andre kan vi påvirke. Det er blant annet kjent at en del tilstander som øker risikoen for hjerte- og karsykdommer også øker sjansen for å utvikle Alzheimers sykdom, inkludert høyt blodtrykk, diabetes og høyt kolesterol. Regelmessig mosjon og et sunt kosthold kan bidra til å holde hjernecellene friske gjennom økt blod- og oksygensirkulasjon i hjernen, og sosial og mental aktivitet ser også ut til å forsinke kognitive problemer. Nyere forskning viser også at meditasjon og stressreduksjon skal være gunstig for å hemme forvitring av hjernevev. Og kanskje ikke uventet kan hodeskader knyttes til utvikling av enkelte nevrodegenerative sykdommer, så husk sykkelhjelm og bilbelte!

Utover dette har vi nå ny kunnskap som kan revolusjonere hvordan vi forstår og forholder oss til vår egen helse. Det er ingen hemmelighet at en sunn tarmflora er viktig for fordøyelsen, men at den også har mye å si for mange andre aspekter ved helsen vår er mindre kjent. Pionerende forskning viser at tarmfloraen vår påvirker et bredt spekter av nevrologiske tilstander slik som multippel sklerose (MS), angst, depresjon, smerteoppfatning og til og med aspekter ved hjernens utvikling. Og det er indikasjoner på at dette også gjelder utvikling av nevrodegenerative lidelser. For eksempel kan typiske melkesyrebakterier som Lactobascillus og Bifidobacterium produsere GABA, en essensiell nevrotransmitter i sentralnervesystemet, og ubalanse i GABA-signalering er knyttet til lidelser som angst, depresjon og Alzheimers sykdom. Slike funn tyder på at tarmfloraen er mye viktigere for sentralnervesystemet og hjernen enn vi tidligere har vært klare over. Dersom vi med økt kunnskap innen dette feltet kan fokusere på mage-tarm systemet i behandlingsøyemed kan det bety mye enklere håndtering av mange lidelser, og vi kan utnytte dette også preventivt. Fremtiden vil vise hvilket potensiale som ligger i dette.

En smakebit av fremtidens hjerneteknologi

Det er ikke bare på sykdomsfronten det gjøres fremskritt innen hjerneforskning. Ny viten og teknologisk utvikling gir oss et glimt av hva fremtiden har å by på. Blant annet har teknologi basert på grensesnitt mellom hjerne og datamaskin (BCI - Brain-Computer Interface) gjort sitt inntog de siste årene. Det var et stort øyeblikk da brasilianeren Juliano Pinto, lam fra livet og ned, sparket i gang fotball-VM i fjor ved hjelp av en tankestyrt robotdress. BCI-teknologi legger nå grunnlaget for stadig mer avanserte proteser, med bedre bevegelseskontroll og til og med evnen til å føle.

Noen virkelig fascinerende nyvinninger som garantert får den neste Bond-skurken til å gni seg frydefullt i hendene ble lansert i fjor høst. Forskere fra universitetet i Barcelona demonstrerte for eksempel at man nå ved hjelp av BCI-teknologi kan overføre enkle tanker fra en person til en annen over internett. Og som om ikke det var nok har forskere ved ETH Zürich vist at det er mulig å kontrollere genuttrykk med tankekraft. Gjennom en EEG-basert avlesermekanisme ble hjernebølgene til forsøkspersonene registrert og videresendt i form av lysstråler som aktiverte bestemte gener i spesielle designerceller. Ved å integrere disse cellene i implantater kan man kontrollere nivåer av proteiner lokalt i kroppen, ved å skru av og på genene som produserer dem. Og det er potensielt mange nyttige bruksområder for slike implantater. For eksempel kan utslipp av protein-baserte medikamenter i teorien aktiveres av ulike sykdomsrelaterte hjerneaktiviteter, som for eksempel under epileptiske anfall, smerte eller ved nevrodegenerative lidelser. Selv om det nok er en stund til dette vil være tilgjengelig på markedet gir det oss en smakebit av fremtidens teknologi.

Kunnskap til folket

"Å forstå menneskehjernen og sykdommene som kan ramme den er en av de største vitenskapelige og filosofiske utfordringene vi står ovenfor i dag" proklamerer the European Brain Council.  Allmenn opplysning om hjernesykdommer og hjerneforskning gjennom Hjerneåret 2015 vil fremme bevissthet om verdien av å ta vare på vår viktigste eiendel – hjernen.

Kommende arrangementer vil bli publisert på facebook.com/hjernearet og europeanbraincouncil.org/year-of-the-brain/