Hjernen — et utrolig kompliceret organ

„Den menneskelige hjerne er yderst gådefuld. Hvordan kan en blød masse bestående af væv med samme konsistens som rå æg være sæde for et menneskes sind, tanker, personlighed, hukommelse og følelser, ja selve bevidstheden?“ — Professor Susan A. Greenfield, The Human Mind Explained.

HJERNEN styrer legemets funktioner. Ved hjælp af den kan vi lære noget nyt, endog nye sprog. Den oplagrer minder og sætter os i stand til at genkalde os dem. Men neurobiologen James Bower indrømmer: „I virkeligheden ved vi slet ikke hvordan hjernens mekanismer fungerer.“ Neurologen Richard F. Thompson er enig med ham: „Der er langt mere at lære end det vi ved nu.“ Interessen for at opklare hjernens mysterier er så stor at den amerikanske kongres erklærede 90’erne for Hjernens Årti.

Et glimt bag hjerneskallen

Den knudrede hjernebark, hjernens yderste lag, har et karakteristisk udseende. (Se side 4 og 8.) Dette hen ved 3 millimeter tykke, grålige og svagt lyserøde lag af hjernevindinger indeholder cirka 75 procent af hjernens 10 til 100 milliarder neuroner (nerveceller). Nogle forskere siger at selv dette kolossale antal celler ikke er tilstrækkeligt til at forklare hjernens kompleksitet.

Mange neuroner er udstyret med en lang, halelignende udløber som kaldes et axon. Neuronets andre udløbere er de små dendritter, som ligner grene og kviste på et træ der står i knop. Ved hjælp af dem har det enkelte neuron som regel forbindelse med tusinder af andre neuroner. Nervecellerne rører ikke hinanden. I den smalle, mellemliggende spalte, synapsen, foregår der en strøm af kemiske signalstoffer, de såkaldte neurotransmittere, som føjer en ny dimension til hjernevævets komplicerede struktur.

En ekspert har anslået at „antallet af mulige kombinationer af synaptiske forbindelser“ i hjernen er „større end det totale antal atomer i hele det kendte univers“.

Hjernebarken med dens utallige neuroner er nok den del af hjernen vi ved mest om, men hvad med de dybereliggende områder? Det vigtige forbindelsesled mellem de to hemisfærer (højre og venstre halvdel af hjernen) kaldes corpus callosum (hjernebjælken). Tæt ved denne struktur ligger thalamus (afledt af et græsk ord der betyder „indre kammer“). De fleste af de informationer hjernen modtager, passerer thalamus. Hypothalamus (afledt af et græsk ord der betyder „under indre kammer“), som ligger umiddelbart under og i tilknytning til thalamus, er med til at regulere blodtrykket og legemstemperaturen. Lige under og i forbindelse med hypothalamus ligger en lille udløber som kaldes hypofysen. Denne overordnede kirtel kontrollerer hele det endokrine system ved at udskille hormoner, kemiske stoffer som er bestemmende for hvad alle legemets øvrige kirtler producerer. Dertil kommer pons (hjernebroen), som bearbejder informationer om vores bevægelser, og medulla oblongata (den forlængede marv), som kontrollerer vejrtrækningen, kredsløbet, hjerteslaget og fordøjelsen. Og alt dette foregår uden at vi skænker det en tanke.

Hvordan fungerer alle disse forskellige dele af hjernen? Hvordan bruger vi hjernen optimalt? De to følgende artikler giver et svar på disse spørgsmål.

[Ramme på side 4]

Hvorfor vi ikke har behov for et større hoved

„Hvis den knudrede hjernebark blev udjævnet, ville hjernen være på størrelse med en basketball, i stedet for på størrelse med to knyttede hænder ved siden af hinanden.“ — Professor Susan A. Greenfield

[Diagram på side 4, 5]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Nogle af hjernens bestanddele

Gengivet i naturlig størrelse

Cortex cerebri

Det relativt tynde, yderste lag af hjernens hemisfærer

Cerebrum

Storhjernen. Fylder det meste af kraniet

Synsbarken

Cerebellum

Lillehjernen. Befinder sig bagtil og under resten af hjernen

Pons

Medulla oblongata

HJERNESTAMMEN

Corpus callosum

Et bundt tværgående ledningsbaner der forbinder de to hemisfærer

Thalamus

Hypothalamus

Kontrollerer visse kropsfunktioner som ikke er underlagt viljens kontrol

Hypofysen

Hjernen — Hvordan fungerer den?

„Hjernen er den vanskeligst tilgængelige del af legemet at udforske,“ bemærker E. Fuller Torrey, der er psykiater ved USA’s Nationale Institut for Mentalhygiejne. „Vi bærer rundt på den i en beholder der er placeret på vores skuldre, og det er meget upraktisk hvis man vil udforske den.“

ALLIGEVEL hævder forskerne at de allerede har opnået stor viden om den måde hvorpå hjernen bearbejder de informationer vi modtager via vores fem sanser. Lad os for eksempel se på hvordan hjernen behandler synsindtryk.

Hjernens „øjne“

Når øjet opfanger lys, rammer lyset nethinden, et område bestående af tre lag celler bagerst i øjeæblet. Lyset trænger igennem til det tredje lag, der indeholder stavceller, som er følsomme for lysets styrke, og tapceller, som reagerer på lys af forskellige bølgelængder svarende til farverne rød, grøn og blå. Lyset bleger pigmentet i både stavceller og tapceller. De afblegede celler sender et signal til det andet cellelag, og herfra sendes det videre til celler i det øverste lag. Disse cellers axoner udgør tilsammen synsnerven.

De to synsnervers millioner af nervefibre mødes i chiasma opticum (synsnervekrydsningen). Her sker der en krydsning af nervefibrene så fibre med signaler fra venstre side af nethinden på begge øjne samles og løber parallelt mod venstre halvdel af hjernen. Tilsvarende mødes fibrene fra højre side af nethinden på begge øjne og fortsætter side om side mod højre halvdel af hjernen. Efter krydsningen når impulserne en „relæstation“ i thalamus, og herfra videresender andre neuroner signalerne til synsbarken, et område i den bagerste del af hjernen.

Forskellige aspekter af visuelle informationer følges ad parallelt. Forskerne har fundet ud af at den primære synsbark sammen med et nærliggende område fungerer som en slags postkontor der sorterer, samordner og videresender de forskellige informationer som når frem via neuronerne. Et tredje område fortæller noget om tingenes form, eksempelvis kanten på en genstand, og deres bevægelse. Et fjerde område er i stand til at genkende både form og farve, og et femte opdaterer hele tiden kort over de visuelle data så bevægelser kan følges. Den aktuelle forskning tyder på at hen ved 30 områder af hjernen er med til at bearbejde de synsindtryk øjet opfanger. Men hvordan kombineres informationerne så de kommer til at udgøre et billede? Hvordan „ser“ vores hjerne?

Hvordan kan hjernen „se“?

Øjet opfanger informationerne, men det er tydeligvis hjernebarken der bearbejder dem. Benytter man et fotografiapparat, får man alle detaljerne med. Men når man med øjnene betragter det samme motiv, er man i sin bevidsthed kun opmærksom på den del af motivet man fokuserer på. Hvordan hjernen foretager denne sondring, er stadig en gåde. Nogle mener at den er et resultat af en trinvis samordning af visuelle informationer i såkaldte konvergenszoner, som hjælper en med at sammenholde det man ser, med det man ved i forvejen. Andre mener at et uklart synsindtryk må skyldes at de neuroner der kontrollerer det syn man er sig bevidst, ikke „affyrer“ noget signal.

Uanset hvordan det forholder sig, blegner forskernes problemer med at forklare synsprocessen i sammenligning med de vanskeligheder de har når de skal opklare hvad „bevidstheden“ og „sindet“ er. MR-scanning (magnetic resonance imaging) og PET-scanning (positron-emission tomography) har givet forskerne nye muligheder for at udforske hjernen. Ved at analysere blodtilstrømningen til hjernens forskellige områder under tankeprocessen har de med rimelig sikkerhed kunnet fastslå at det er forskellige områder af hjernebarken der sørger for at vi kan høre, læse og udtale ord. Men som en skribent har konkluderet: „Sindets og bevidsthedens funktioner er langt mere komplekse . . . end nogen havde forventet.“ Mange af hjernens mysterier er stadig ikke opklaret.

Er hjernen blot en enestående computer?

Sammenligninger kan være en hjælp til at forstå hvor kompliceret hjernen er. Da den industrielle revolution var begyndt i midten af det 18. århundrede, blev det på mode at sammenligne hjernen med en maskine. Senere, da omstillingsborde blev fremskridtets symbol, sammenlignede folk hjernen med et travlt omstillingsbord som blev styret af en telefonist. I dag, hvor computere kan udføre meget komplicerede opgaver, sammenligner nogle hjernen med en computer. Giver den sammenligning en fyldestgørende forklaring på hjernens funktioner?

Der er afgørende og grundlæggende forskelle på den menneskelige hjerne og en computer. En fundamental forskel består i at hjernen ikke primært er et elektrisk, men et kemisk system. I hver eneste hjernecelle foregår der talrige kemiske reaktioner, og det adskiller markant hjernens funktion fra computerens. Og som dr. Susan Greenfield bemærker, „er der ingen der programmerer hjernen. Den er et proaktivt organ der uopfordret træder i funktion“, i modsætning til en computer, som først må programmeres.

Kommunikationen mellem hjernens neuroner er meget kompliceret. Mange neuroner modtager „input“ fra mere end 1000 synapser. For at forstå hvad det indebærer, kan vi betragte en neurobiologs forskningsresultater. For at få afklaret hvordan vi genkender lugte, undersøgte denne biolog det område af hjernen der ligger lige bag ved og lidt højere oppe end næsen. Han fortæller: „Selv denne tilsyneladende simple opgave — som forekommer legende let i sammenligning med at bevise en geometrisk læresætning eller fortolke en af Beethovens strygekvartetter — involverer hen ved 6 millioner neuroner, som hver modtager omkring 10.000 ’input’ fra de andre.“

Og hjernen består ikke blot af neuroner. For hvert neuron findes der adskillige gliaceller. Gliacellerne udgør det støttevæv der holder sammen på hjernen. De bekæmper desuden infektion, isolerer neuronerne elektrisk og danner en beskyttende blod-hjernebarriere. Forskerne mener at gliacellerne kan have andre, endnu uopdagede funktioner. Tidsskriftet The Economist konkluderer: „Den nærliggende sammenligning med menneskeskabte computere der bearbejder elektriske informationer i digital form, er måske så mangelfuld at den er misvisende.“

Og der er flere mysterier endnu.

Hvad er hukommelsen lavet af?

Hukommelsen — ifølge professor Richard F. Thompson „måske det mest fantastiske fænomen i naturen“ — involverer adskillige hjernefunktioner. De fleste hjerneforskere opdeler langtidshukommelsen i to kategorier, nemlig den deklarative og den procedurale. Den procedurale har at gøre med ens færdigheder og vaner. Den deklarative drejer sig om oplagring af viden. Bogen The Brain — A Neuroscience Primer inddeler hukommelsesprocesser efter hvor lang tid hukommelsen varer. Den taler om ultrakort hukommelse, som varer cirka 100 millisekunder, korttidshukommelse af nogle få sekunders varighed, arbejdshukommelse, som opbevarer det man lige har lært eller oplevet, og langtidshukommelse, som fastholder kodet og struktureret information (forståelse, viden) og motoriske færdigheder som man har opøvet.

En mulig forklaring på langtidshukommelsen er at den begynder med aktivitet i den forreste del af hjernen. De oplysninger der skal huskes længe, overføres i form af elektriske impulser til den del af hjernen som kaldes hippocampus. Her bliver neuronernes evne til at videregive informationer forbedret gennem en proces som kaldes langtidsforstærkning. — Se rammen „Bro over spalten“.

En anden teori vedrørende hukommelsen går ud på at hjernepotentialsvingninger spiller en afgørende rolle. Fortalerne for denne teori mener at regelmæssige svingninger i hjernens elektriske aktivitet, som en slags trommeslag, er med til at forbinde de ting vi husker, og afgøre hvornår forskellige hjerneceller skal aktiveres.

Forskerne mener at forskellige facetter af det vi skal huske, oplagres forskellige steder i hjernen, sådan at hvert aspekt bliver forbundet med det område som har specialiseret sig i at modtage den slags informationer. Visse dele af hjernen har helt sikkert betydning for hukommelsen. Tæt ved hjernestammen findes amygdala, en gruppe nerveceller der tilsammen er på størrelse med en lille mandel. I amygdala bearbejdes minder om frygt. Basalganglierne, et andet område af den grå substans, tager sig af vaner og fysiske færdigheder. Cerebellum (lillehjernen), som befinder sig bagtil og under resten af hjernen, har betydning for indlærte bevægelser (koordination af muskelbevægelser) og reflekser. Man mener at evnen til at holde balancen, eksempelvis når man kører på cykel, er tilknyttet cerebellum.

I denne korte orientering om hjernens funktion har det været nødvendigt at udelade oplysninger om andre af hjernens bemærkelsesværdige aktiviteter, som for eksempel tidsopfattelsen, evnen til at lære sprog, motoriske færdigheder, smerteopfattelsen og den måde hvorpå hjernen styrer hele nervesystemet og legemets livsvigtige organer. Man forsker stadig i de kemiske stoffer som varetager kommunikationen mellem hjernen, binyrerne og immunsystemet. Neurologen dr. David Felten bemærker: „Det er så kompliceret at det er et åbent spørgsmål om vi nogen sinde får det opklaret.“

Mange af hjernens gåder er stadig ikke løst, men dette bemærkelsesværdige organ udstyrer os med evnen til at tænke, meditere og genkalde os det vi tidligere har lært. Hvordan bruger vi vores hjerne optimalt? Det spørgsmål giver den sidste artikel et svar på.

[Ramme/illustrationer på side 8]

Bro over spalten

Når et neuron stimuleres, fortsætter impulsen ud til den synaptiske knude i enden af axonet, hvor den bevirker at nogle små blærer der kaldes vesikler, som hver indeholder tusinder af neurotransmittermolekyler, smelter sammen med den synaptiske knudes overflade og frigør deres last som så krydser synapsespalten og når den næste celles overflade.

Via et kompliceret system af „nøgler“ og „låse“ får neurotransmitterne åbnet og lukket små kanaler i målcellens cellemembran. Resultatet er at elektrisk ladede partikler strømmer ind i målcellen, hvor de enten sætter en elektrisk impuls i gang eller hindrer yderligere elektrisk aktivitet.

Når neuroner regelmæssigt stimuleres og frigiver neurotransmittere til en synapse, optræder et fænomen som kaldes langtidsforstærkning. Nogle mener at de implicerede neuroner kommer tættere på hinanden. Andre hævder at der er vidnesbyrd om at målcellen sender et budskab retur til den celle som sendte neurotransmitterne, og at dette medfører at der produceres endnu flere transmittere der styrker forbindelsen mellem de to neuroner.

De stadige forandringer i forbindelserne i hjernen, hjernens plasticitet, har givet anledning til følgende talemåde om hjernen: „Brug den, eller du mister den.“ Er der noget man gerne vil huske, bør man derfor ofte genkalde sig det.

Axon

Udløber fra et neuron hvorigennem impulser sendes til andre celler

Dendritter

Korte, forgrenede udløbere der forbinder neuroner

Neuritter

Neuronets udløbere der ligner fangarme. Der findes to slags — axoner og dendritter

Neuroner

Nerveceller. I hjernen findes der mellem 10 og 100 milliarder neuroner, som „hver især er forbundet med hundreder, nogle gange tusinder, af andre celler“

Neurotransmittere

Kemiske stoffer som fører nerveimpulser over synapsespalten mellem det neuron der sender impulsen, og den celle der modtager den

Synapse

Forbindelsesstedet (spalten) mellem det neuron der sender impulsen, og den celle der modtager den

[Kildeangivelser]

Baseret på The Human Mind Explained af professor Susan A. Greenfield, 1996

CNRI/Science Photo Library/PR

[Ramme/illustrationer på side 9]

Menneskets særlige evner

Særlige talecentre i hjernen udstyrer mennesket med bemærkelsesværdige kommunikationsevner. Det vi ønsker at sige, bliver tilsyneladende samordnet i Wernickes talecenter (1), et hjernebarkområde i venstre hemisfære. Dette center står i forbindelse med Brocas talecenter (2), som tager sig af de grammatiske regler. Derefter når impulserne de nærliggende motoriske centre, som kontrollerer ansigtsmusklerne og hjælper os med at udforme ordene. Disse områder har også forbindelse med de dele af hjernen der har med synet og hørelsen at gøre, så vi kan læse, høre, forstå og reagere på det andre fortæller os. Derudover har de forbindelse med hukommelsen, hvor vi opbevarer de tanker der er værd at gemme på. Som brochuren Journey to the Centres of the Brain bemærker: „Det der meget markant adskiller mennesket fra andre dyr, er dets evne til at lære forbløffende mange forskellige færdigheder, kendsgerninger og regler, ikke kun angående bogstavelige ting i den verden der omgiver det, men især om andre mennesker og deres motiver til at handle som de gør.“