Hjernen er langt mer formbar, eller plastisk, gjennom hele livet enn vi tidligere har trodd. Det er en av de viktigste erkjennelsene innen hjerneforskningen de siste årene.
Nå har forskere ved IMB avdekket en av mekanismene som gjør denne formbarheten mulig, og det har de gjort ved hjelp av ørmså gullpartikler. Men før vi kommer så langt må begrepet plastisitet forklares:
– Verden forandrer seg hele tiden. Og vi som mennesker må ha evnen til å forandre vår forståelse av den, og hvordan vi oppfører oss i den. Det er slik vi overlever, forteller professor Svend Davanger ved IMB
Sammen med lege og stipendiat Suleman Hussain ved IMB i forskergruppen ”Synaptisk plastisitet” ved Institutt for medisinske basalfag ved Universitetet i Oslo jobber han med å beskrive hvordan nervecellene i hjernen er avhengig av proteinmolekyler for å endre seg, og dermed endre vår adferd og fortolkning av verden.
Ved å synligjøre hvordan disse molekylene oppfører seg kan forskerne også øke kunnskapen ulike sykdommer, og særlig de sykdommene som rammer signaloverføringen i hjernen. Davanger og kollegene vil i første omgang undersøke hvordan metoden kan øke forståelsen av blant annet aldersdemens og epilepsianfall.
Signaloverføringen endres
– Alt vi gjør, enten det er å løfte hånden, eller oppfatte hva noen sier, krever en ekstrem kompleks hjerne. Og denne kompleksiteten må være formbar for at vi skal kunne utføre nye oppgaver.
Hjerneplastisitet kan forklares ved at signaloverføringen mellom hjerneceller endrer styrke. Blir du flink til å spille fiolin, får noen hjerneceller sterkere signaloverføring seg i mellom, slik at du ikke trenger å tenke bevisst på hvor på strengen du må plassere fingeren.
Davanger og hans kolleger har sett nærmere på molekylforbindelser i hjernen som er med på å gjøre dette mulig. Signaloverføring mellom to hjerneceller er en kjemisk reaksjon hvor proteinmolekyle, eller såkalte transimitter, fra en celle binder seg til proteinmolekyler, eller såkalte reseptorer, i i en annen. Slik kommuniaserer våre om lag hundre milliarder hjerneceller.
Noen av nevrotransmitterne har du kanskje hørt om – som dopamin og serotonin. Den mest utbredte transmitteren i hjernen vår er imidlertid ennå ikke så godt kjent: Glutamat.
Den viktigste måten signaloverføringen endres i styrke på, er ved at mengden av reseptorene, økes eller reduseres. Det er nemlig konsentrasjonen av disse stoffene som avgjør om mottakercellen avfyrer en elektrisk puls, som i sin tid påvirker en kjemisk reaksjon med en ny hjernecelle.
Gullpartikler
Og det er her vi kommer inn på det forskerne ved UiO har sett nærmere på. For at en avsendercelle skal skille ut nevrotransmittere som skal reagere med mottakercellen, må de fraktes fra cellens indre.
Til det trenger molekylet et “kjøretøy”. Dette har forskere lenge antatt skjer med såkalte vesikler, små blærer som bærer molekylet ut til celleveggen. Blærene blir selv fraktet til celleveggen av et såkalt VAMP-protein.
Men ingen har observert disse vesiklene eller VAMP-proteinene direkte i mottakercellen før. Det er her gullpartiklene kommer inn i bildet.
Davanger og kollegene tilførte ørsmå gullpartikler i nervecellene til en rotte. Gullpartiklene binder seg til VAMP-proteinene ved hjelp av et antistoff. Dermed kan forskerne se og avbilde de gullmerkede vesiklene og VAMP-proteiner i et elektronmikroskop.
Slik ønsker man å forstå mer om sykdommer hvor signaloverføringen svekkes. Men ifølge Davanger er det også viktig for å forstå mer om hjernens mirakuløse evne til å tilpasse seg verden vi lever i.
Arbeidet som for første gang demonstrerer VAMP-proteinet og veisklene i mottakercellen er nylig publisert i det internasjonale tidsskriftet PLOS ONE (http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0140868).