Bakgrunn
Hjernen er vårt viktigste organ og sykdommer som rammer hjernen representerer en stor sosial og økonomisk belastning for samfunnet. Hjernesykdommer er vår tids store utfordring innen medisinsk forskning. Hjernen utvikles gjennom hele livet og er under mange livsfaser sårbar for ulike sykdommer. Ungdom har økt sårbarhet for isolasjon og utvikling av psykiske lidelser. Med en aldrende befolkning er økende forekomst av ulike typer demens et stort problem for samfunnet og helsevesenet. Til tross for intensiv forskningsinnsats gjennom de siste hundre år har vi begrenset forståelse av hjernens struktur og funksjon og få virksomme behandlingsmetoder ved hjernesykdom. Mer effektiv grunnforskning er nødvendig for å identifisere og forstå patologiske mekanismer som forårsaker hjernesykdom. Deling og gjenbruk av forskningsdata kombinert med automatisering av analyser ved hjelp av kunstig intelligens åpner nye muligheter for mer systematisk og effektiv forskning. Vi kan nå tilby flere nevrovitenskapelige prosjekter som utnytter nye nevroinformatiske metoder til å skape ny kunnskap om hjernens struktur og funksjon.
Hjernen er den mest kompliserte strukturen vi kjenner og et stort spenn av metoder benyttes for å studere hjernens struktur og funksjon på ulike nivåer, fra molekyler og gener, celler og synapser, til systemer og adferd. Med tiltakende effektive metoder for å samle inn store mengder nevrovitenskapelige data trenger vi nye metoder for å organisere og analysere data for å skape ny kunnskap og forståelse. Gjennom et stort teknologisk EU prosjekt (The Human Brain Project) har et stort antall europeiske forskningsgrupper nylig etablert forskningsinfrastrukturen EBRAINS (ebrains.eu). Dette er et økosystem for hjerneforskning der store mengder data fra grunnforskning på dyremodeller og klinisk forskning organiseres og gjøres tilgjengelig for gjenbruk og analyse i større skala enn hva som hittil har vært mulig. Tre-dimensjonale hjerneatlas kombinert med automatiserte metoder basert på maskinlæring gir nye muligheter til analyser av store mengder mikroskopiske data fra eksperimentelle studier ulike sykdomsmodeller. Gjennom systematisk kartlegging av nervenettverk og kvantitering av ulike celletyper i hele hjernen kan vi nå akkumulere og dele store mengder data som kan kombineres og gjenbrukes til helt nye analyser (se, f.eks: Leergaard & Bjaalie, 2022). Slike data gir forskere helt nye muligheter til å dele, finne og utnytte tilgjengelige data (se, f.eks: Bjerke et al., 2022; Bjerke et al., 2021).
Forskningsgruppen har flere pågående prosjekter som bidrar til å utvikle, validere og teste nye metoder og til å applisere disse metodene til å adressere problemstillinger knyttet til kartlegging av hjernens strukturelle endringer under utvikling og aldring, og identifikasjon av faktorer som bidrar til at enkelte hjerneregioner er sårbare for sykdom. Felles for prosjektene er at store mengder bildedata organiseres i multimodale 3-D hjerneatlas, deles gjennom nevroinformatikkplattformen EBRAINS, og analyseres i kombinasjon med andre tilgjengelige data. Prosjektene har fokus på kartlegging av cellulære parametere og nevrale nettverk i normale rotter og mus av ulik alder, eller identifikasjon av molekylære eller cellulære faktorer som er knyttet til tidlige nevropatologiske endringer i hjernen hos transgene modeller for Alzheimer’s eller Huntington’s sykdom.
Problemstillinger
Prosjektet vil bidra til pågående studier av hjernens utvikling, aldring og risikofaktorer for utvikling av hjernesykdom i dyremodeller, med fokus på følgende spørsmål:
- Hvilke cellulære faktorer gir økt sårbarhet for nevrodegenerativ sykdom?
- Hvilke av hjernens nervenettverk er knyttet til tidlig utvikling av sykdom som angstlidelser eller demens?
- Hvor i hjernen opptrer de tidligste endringene ved ulike nevrodegenerative sykdommer?
Mål og metode
Flere forskerlinjeprosjekter er mulige og endelig valg av problemstilling og tilnærming avhenger av studentens interesse, tidspunkt og muligheter tilknyttet pågående prosjekter ved forskningsgruppen. Prosjektene vil være fokuserte studier av normal anatomi eller nevropatologiske manifestasjoner i dyremodeller, som både er realistiske å gjennomføre og gir studenten erfaringer med et bredt spenn av forskningsmetoder (se oversikt over arbeidsoppgaver, nedenfor).
Studentens arbeidsoppgaver
Forskerlinjeprosjekter skreddersys etter interesse og pågående prosjekter i forskergruppen og vil omfatte elementer av følgende oppgaver:
- Litteraturstudier
- Laboratoriearbeid, med fokus på histologi, immunhistokjemi, mikroskopi
- Organisering av data og metadata i infrastrukturen EBRAINS
- Bruk av nevroinformatiske verktøy til å registrere bildedata i tre-dimensjonale referanse atlas
- Utvikling av anatomiske referanseatlas gjennom tolkning av høyoppløselige MRI bilder og histologisk materiale
- Kvantitative analyser av histologisk materiale og bilder
- Visualisering av data og resultater i interaktive verktøy og figurer
- Rapportering av resultater i vitenskapelige rapporter
Om forskningsmiljøet
Forskningsgruppen Nevrale Systemer ved Institutt for medisinske basalfag ledes av Trygve B. Leergaard og Jan G. Bjaalie, og består av flere ph.d og forskerlinjestudenter, forskere, laboratorieingeniører, programmerere og systemutviklere som samarbeider om å utvikle nye metoder og applisere disse på studier av hjernens normale struktur og endringer ved sykdom i ulike dyremodeller. Vi utvikler nye tre-dimensjonale digitale atlas, automatiserte analysemetoder, visualiseringsverktøy og databasesystemer for web-basert deling og analyse av data, og har en sentral rolle i utvikling og drift av forskningsinfrastrukturen EBRAINS (https://www.ebrains.eu/). Vi har et stort nettverk av nasjonale og internasjonale samarbeidspartnere og et entusiastisk miljø med unge forskere, som er med på å skape fremtidens arena for hjerneforskning. Interesserte forskerlinjestudenter vil få muligheten til å være med på prosjekter som inkluderer elementer av nevroanatomi, nevropatologi, nevroinformatikk og systemutvikling, der de kan stifte bekjentskap med både klassiske og moderne nevrovitenskapelige metoder, avansert teknologi og spennende biologiske problemstillinger.