Forskere fra mange land er nå samlet på Ski over to dager for å diskutere et lavfrekvent signal fra hjernecellene. Signalet som gjør det mulig for cellene å kommunisere i nettverk. Nåværende kunnskap gjør det mulig for en ”hjernerobot” å omforme signalene direkte til bevegelse, viser ett av foredragene på konferansen.
Hjernen
Foto: Ingram Image Library
Vitenskapen vet mye om hvordan én hjernecelle fungerer, men langt mindre om hvordan cellene kommuniserer med hverandre. Datateknologi har brakt oss nærmere sannheten, ved å kunne brukes til å simulere den vanvittig komplekse aktiviteten i hjernen.
Ikke minst har tverrfaglig forskning ført til nye oppdagelser. Fysikerne gjør store sprang inn på biologiens fagområder ved å konstruere matematiske modeller for hvordan biologiske systemer virker. Og det mest spennende biologiske systemet i naturen, det er den menneskelige hjerne.
15-16. januar samles forskere fra store deler av verden på Ski, gjennom et samarbeid mellom forskergruppen i matematisk nevrovitenskap på UMB og polske Nencki Institute of Experimental Biology. Å forstå mer om hvordan hjerneceller (nevroner) kommuniserer med hverandre, er målet.
Signal for nettverk Hjerneceller avgir både høyfrekvente og lavfrekvente signaler. En karakteristikk som skiller er at det lavfrekvente (”LFP”) reflekterer aktivitet fra en større gruppe hjerneceller, at det er et ”nettverks-signal”.
- LFP-signalet er relativt lett å måle og kan sammenlignes med EEG-måling. EEG måler en slags gjennomsnittsaktivet fra hjernen, mens LFP kommer på innsiden og måler mer spesifike områder, forteller Klas Pettersen. Hans arbeid til doktorgraden i 2007 fikk stor interesse i forskningsmiljøene og er en viktig del av utgangspunktet for Ski-konferansen.
Klas Pettersen på innsiden av hjernen. Hans doktorarbeid fra 2007 ved UMB vakte interesse blant hjerneforskere.
Foto: Trond Solem
Og kunnskapen kan allerede brukes til innovasjon. PhD-student Henrik Lindén henviser til forsøk der signalet avkodes til å styre en bevegelse, og at det i prinsippet også er mulig å omforme signalet direkte til språk.
- I prinsippet ville det vært best om vi kunne avkode signalene fra alle celler som har med f.eks en armbevegelse å gjøre. Men vanskeligheter med å holde kontakt med en celle over tid gjør det lite effektivt. Det lavfrekvente LFP er enkelt å måle og er et robust signal, sier Lindén.
Foredragsholder Ad Aertsen snakker spesifikt om ”Brain Machine interface” på konferansen den 15.januar. Han arbeider ved Universitetet i Freiburg, hvor initiativet har sin opprinnelse.
Mye data men mange mysterier I 2007 tildelte Norges forskningsråd 19 millioner kroner til UMB for at fysikkprofessor Gaute Einevoll og forskningsgruppen i matematisk nevrovitenskap skal fortsette sin forskning på hjernen, i veikrysset mellom fagfeltene biologi og fysikk. Naturens språk er matematikk, og forskerne konstruerer matematiske modeller for å forstå livsprosessene bedre.
(F.v.) Gaute Einevoll, Klas Pettersen, Sonja Grün og Henrik Lindén klar til innsats for mer kunnskap om hjernen.
Foto: Trond Solem
- Det er mange som måler hjerneaktivitet, og som har mye data. Men det er stort behov for å forstå dataene bedre, slår Einevoll fast. Det norsk-polske samarbeidet innebærer to forskerkonferanser – den første på Ski – og er et nytt løft for å bygge forskersamarbeid og større prosjekter på fagfeltet.
Et viktig samarbeid for forskergruppen på UMB er norsk-tysk-japansk. Dr. Sonja Grün leder en forskergruppe i Japan som driver med statistikk innen nevrovitenskap. Store mengder data skal tolkes og forstås, og nye eksperimentelle teorier klekkes ut.
- Vi får inn masse data og prøver å forstå hva de målte signalene forteller om hvordan nevronene oppfører seg. Gaute, Klas og Henrik gjenskaper signalet med matematisk modellering og simulerer det med datateknologi, sier Grün og ser fortrøstningsfullt på sine samarbeidspartnere. Og ballen kan sprette videre. Kanskje må Grün utarbeide en ny teori for noe som skjer under simuleringen. Som igjen setter UMB-forskerne i arbeid.
Hva er bevissthet?
Sonja Grün lanserer en ny eksperimentell teori som Henrik Linden kan arbeide med.
Foto: Trond Solem
Henrik Lindén peker på et annet viktig element for forskningen: den tilgjengelige teknologien.
- Den enkelte hjernecellen er ikke så rask, men samarbeidet mellom cellene er ekstremt komplekst. For å drive realistiske simuleringer må vi ha supercomputere, sier han.
De fire forskerne på leting etter hjernens mysterier er skjønt enige om én ting: de har en veldig morsom og spennende jobb.
- Å forstå hva bevisstheten egentlig er, er det store målet, mener Klas Pettersen.
- Og hvordan prosessene i hjernen fungerer, legger Lindén til.
Måling av hjernesignaler: Elektroder festes. Dyr benyttes i forsøkene, uten at målingene påfører dem smerte - hjernen har ikke smerte-reseptorer. Nye ”multi-elektroder” er utviklet for mer avanserte målinger.
