Hjernen — hvordan fungerer den?
«Hjernen er den delen av kroppen som det er vanskeligst å studere,» sier E. Fuller Torrey, en psykiater ved det amerikanske institutt for mentalhygiene. «Vi går med den i denne kassen på skuldrene hvor det er svært så vanskelig å komme til for å forske.»
FORSKERE sier likevel at de allerede har lært mye om hvordan hjernen bearbeider den informasjonen den får gjennom de fem sansene. Tenk for eksempel på hvordan den håndterer synsinntrykk.
Hjernens øyne
Lyset kommer inn i øyet og treffer netthinnen, som består av tre lag med celler i øyeeplets bakre del. Lyset trenger igjennom til det tredje laget. Dette laget inneholder celler som kalles staver, som er følsomme for lysstyrke, og tapper, som reagerer på lys med forskjellig bølgelengde som tilsvarer fargene rødt, grønt og blått. Lyset bleker pigmentet i disse cellene. En bleket celle sender et signal til celler i lag nummer to og derfra til andre celler i det øverste laget. Aksoner fra disse cellene forbinder seg med hverandre og danner synsnerven.
De flere millioner nevronene i synsnerven kommer til et sted i hjernen som kalles synsnervekrysningen. Nevroner som fører med seg signaler fra venstre halvdel av netthinnen i begge øynene, møtes her og følger parallelle baner til hjernens venstre halvdel. Signaler fra høyre halvdel av netthinnen i begge øynene møtes også og går til den høyre hjernehalvdelen. Impulsene kommer så til mellomstasjonen talamus, og derfra leder andre nevroner signalene til det området bak i hjernen som er kjent som synsbarken.
Forskjellige deler av den visuelle informasjonen går langs parallelle baner. Forskere vet nå at den primære synsbarken sammen med et område i nærheten fungerer som et postkontor når det gjelder å sortere, formidle og sammenstille all den informasjon av forskjellig slag som nevronene leder. Et tredje område registrerer form, for eksempel kanten på en gjenstand, og bevegelse. Et fjerde område oppfatter både form og farge, mens et femte hele tiden oppdaterer kartene over de visuelle dataene for å merke av bevegelse. Nyere forskning tyder på at det finnes så mange som 30 forskjellige områder i hjernen som behandler den visuelle informasjonen øyet samler opp! Men hvordan samarbeider de om å lage et bilde? Ja, hvordan er det hjernen «ser»?
Hvordan vi «ser» med hjernen
Øynene samler informasjon til hjernen, men det er barken som tydeligvis behandler den informasjonen som hjernen mottar. Når vi tar et bilde med et kamera, avslører bildet detaljer i hele motivet. Men når øynene ser det samme motivet, registrerer vi bevisst bare den delen av motivet som vi fokuserer oppmerksomheten på. Hvordan hjernen gjør dette, er fortsatt en gåte. Noen mener at det er et resultat av en trinn-for-trinn-samordning av visuell informasjon i såkalte konvergenssoner, som hjelper en til å sammenligne det en ser, med det en vet fra før. Andre tror at når en ikke ser noe klart, så er det rett og slett fordi de nevronene som kontrollerer oppmerksomt syn, ikke blir aktivert.
Uansett kan vi si at de vanskelighetene som forskerne har med å forklare synet, blekner sammenlignet med de problemene de står overfor når de skal forklare hva som egentlig ligger i selve begrepet «bevissthet» og «sinn». Forskjellige undersøkelsesmetoder, for eksempel magnettomografi (MRI, eller MT) og positronkamerateknikk (PET), har gitt forskerne et nytt vindu mot menneskehjernen. Og ved å observere blodstrømmen til bestemte områder i hjernen under tankeprosesser har de med noenlunde sikkerhet slått fast at ulike barkområder tydeligvis hjelper en til å høre ord, se ord og si ord. Men som en skribent sier: «Fenomenet sinn, bevissthet, er langt mer kompleks . . . enn noen hadde trodd.» Ja, mange av de gåtene som er knyttet til hjernen, er fortsatt uløst.
Er hjernen bare en avansert datamaskin?
For å forstå vår komplekse hjerne kan det være nyttig å sammenligne den med noe annet. I begynnelsen av den industrielle revolusjon, på midten av 1700-tallet, ble det populært å sammenligne hjernen med en maskin. Senere, da sentralbord ble et symbol på framgang, sammenlignet folk hjernen med et travelt sentralbord der en sentralbordbetjent traff avgjørelser. Nå som datamaskiner løser kompliserte oppgaver, er det noen som sammenligner hjernen med en datamaskin. Kan denne sammenligningen hjelpe oss til å forstå fullt ut hvordan hjernen virker?
Det er vesentlige forskjeller mellom hjernen og en datamaskin. I bunn og grunn er hjernen et kjemisk system, ikke et elektrisk. Det foregår tallrike kjemiske reaksjoner i hver celle, og dette er noe helt annet enn den måten en datamaskin virker på. Og som dr. Susan Greenfield sier: «Det er ingen som programmerer hjernen i det hele tatt; den er et proaktivt organ, som fungerer spontant.» En datamaskin, derimot, må programmeres.
Nevronene kommuniserer med hverandre på en komplisert måte. Mange nevroner reagerer på 1000 eller flere synaptiske impulser. For bedre å fatte hva dette innebærer, kan vi tenke på forskningen til én nevrobiolog. Han studerte et område på undersiden av hjernen like over og bak nesen for å finne ut hvordan vi gjenkjenner lukter. Han sier: «Selv i denne tilsynelatende enkle oppgaven — som virker som en smal sak sammenlignet med det å bevise et geometrisk teorem eller forstå en strykekvartett av Beethoven — medvirker omkring seks millioner nevroner, som hver især mottar kanskje 10 000 impulser fra andre nevroner.»
Hjernen er imidlertid mer enn en samling nevroner. For hvert nevron er det en rekke gliaceller. I tillegg til at gliacellene holder hjernen sammen, virker de som elektrisk isolasjon for nevronene, og de bekjemper infeksjon og knytter forbindelser med hverandre for å danne en beskyttende blod-hjerne-barriere. Forskere mener at gliacellene også kan ha andre funksjoner som man ennå ikke kjenner til. «Den nærliggende sammenligningen med menneskelagde datamaskiner, som behandler elektronisk informasjon i digital form, er kanskje så ufullstendig at den er villedende,» sier bladet Economist.
Det er også en annen gåte vi kan se nærmere på.
Hva er minner laget av?
Professor Richard F. Thompson omtaler hukommelsen som «kanskje det mest ekstraordinære fenomen i naturens verden». Det er en rekke forskjellige hjernefunksjoner som er inne i bildet. De fleste som studerer hjernen, skjelner mellom to former for hukommelse: eksplisitt (også kalt deklarativ) hukommelse og implisitt (også kalt reflektorisk eller non-deklarativ) hukommelse. Den implisitte hukommelse har med ferdigheter og vaner å gjøre, mens den eksplisitte har med lagring av faktiske opplysninger å gjøre. Boken The Brain—A Neuroscience Primer spesifiserer hukommelsesprosessene etter hvor lang tid de tar: kort korttidshukommelse, som varer omkring 100 millisekunder; korttidshukommelse, som varer i noen få sekunder; arbeidshukommelse, som lagrer nye erfaringer og opplevelser; langtidshukommelse, som lagrer verbalt stoff som er blitt repetert, og motoriske ferdigheter som er blitt innøvd.
Én mulig forklaring på hvordan langtidshukommelsen virker, er at den begynner med aktivitet i den fremre delen av hjernen. Den informasjonen som blir valgt til langtidshukommelsen, går som en elektrisk impuls til en del av hjernen som er kjent som hippocampus (sjøhesten). Her finner det sted en prosess som forbedrer nevronenes evne til å sende budskaper. — Se rammen «Forbindelse over spalten».
En annen hukommelsesteori tar utgangspunkt i den tanke at hjernens elektriske bølger spiller en nøkkelrolle. Tilhengerne av denne teorien tror at regelmessige svingninger i hjernens elektriske aktivitet, omtrent som trommeslag, bidrar til å binde minner sammen og kontrollerer det øyeblikket da forskjellige hjerneceller blir aktivert.
Forskere går ut fra at hjernen lagrer forskjellige sider ved minnene på forskjellige steder — at hvert inntrykk blir knyttet til et område i hjernen som er spesialisert på å oppfatte det. Det er klart at noen deler av hjernen medvirker til hukommelsen. Mandelkjernen, en liten klump nerveceller nær hjernestammen på størrelse med en mandel, behandler minner som er knyttet til frykt. Området med basalgangliene konsentrerer seg om vaner og fysiske ferdigheter, og lillehjernen, under storhjernens bakre del, konsentrerer seg om betinget læring og reflekser. Man mener at vi her lagrer ferdigheter som har med balansen å gjøre — for eksempel de ferdigheter vi trenger for å sykle.
I denne lille oversikten over hvordan hjernen virker, har vi nødvendigvis sett bort fra detaljer i forbindelse med andre av hjernens bemerkelsesverdige funksjoner. Vi har for eksempel ikke tatt for oss det som har med tidsbevissthet å gjøre, hjernens evne til å lære språk, dens kompliserte bevegelsesfunksjoner, hvordan den regulerer kroppens nervesystem og vitale organer, og den måten den takler smerte på. Og fortsatt oppdager man kjemiske budbærere i hjernen som danner forbindelser med immunapparatet. «Kompleksiteten er så utrolig,» sier nevroforskeren David Felten, «at en lurer på om det er noe håp om at en noensinne skal finne ut av det.»
Mange av hjernens gåter er altså fremdeles uløst, men dette bemerkelsesverdige organet gir oss evnen til å tenke, til å meditere og til å huske det vi allerede har lært. Hvordan kan vi så gjøre best bruk av hjernen? Den siste artikkelen i denne serien kommer med et svar på det.
[Ramme/bilde på side 8]
FORBINDELSE OVER SPALTEN
Når et nevron blir stimulert, forflytter en nerveimpuls seg langs nevronets akson. Når nerveimpulsen når fram til enden av aksonet, får den de ørsmå blærene der (synaptiske vesikler), som hver rommer tusener av nevrotransmittermolekyler, til å smelte sammen med aksonendens overflate og tømme ut sitt innhold, som flyter over synapsespalten.
Et komplisert system av nøkler og låser gjør at nevrotransmitteren åpner og stenger kanaler i det neste nevronet. Det fører til at elektrisk ladede partikler strømmer inn i mottakernevronet og forårsaker ytterligere kjemiske forandringer som enten stimulerer en elektrisk impuls der eller hemmer videre elektrisk aktivitet.
Når nevroner regelmessig blir stimulert og frigjør nevrotransmittere over synapsen, forbedres deres evne til å sende ut budskaper. Noen forskere mener at dette drar nevronene nærmere sammen. Andre sier at det er ting som tyder på at et budskap blir sendt tilbake fra mottakernevronet til det nevronet som sendte det ut. Dette fører i sin tur til kjemiske forandringer som produserer enda flere proteiner som kan tjene som nevrotransmittere. Disse styrker så båndet mellom nevronene.
De skiftende forbindelsene i hjernen, hjernens evne til å la seg forme, gjør at dette ordtaket passer: Det som ikke øves, det sløves. Så for å beholde en god hukommelse lønner det seg å hente fram minner ofte.
Akson
En nervefiber som leder signaler og forbinder nevroner med hverandre
Dendritter
Korte, forgrenete utløpere som forbinder nevroner med hverandre
Nevroner
Nerveceller. Hjernen har mellom 10 milliarder og 100 milliarder nevroner, og «hvert nevron er forbundet med hundrevis av andre celler, noen ganger med tusenvis av andre»
Nevrotransmittere
Kjemiske stoffer som leder en nerveimpuls over den såkalte synaptiske spalte mellom en nervecelle som sender, og en nervecelle som mottar
Synapse
Spalten der en impuls overføres fra den ene nervecellen til den andre
[Rettigheter]
Basert på boken Menneskesinnet — slik fungerer din hjerne (1997), redigert av professor Susan A. Greenfield
CNRI/Science Photo Library/PR
[Ramme/bilde på side 9]
EVNER SOM ER SÆREGNE FOR MENNESKET
Spesialiserte områder i hjernen som er kjent som språksentre, gjør at mennesket har bemerkelsesverdige evner når det gjelder å kommunisere. Det ser ut til at det vi har tenkt å si, blir planlagt i det området i den venstre hjernehalvdelen som kalles Wernickes område (1). Det står i forbindelse med Brocas område (2), som anvender grammatiske regler. Deretter kommer impulsene til bevegelsesområder i nærheten som kontrollerer ansiktsmuskler og hjelper oss til å forme ord. Disse områdene står i forbindelse med hjernens synssystem (slik at vi kan lese), med hørselssystemet (slik at vi kan høre, forstå og reagere på det andre sier til oss) og med hukommelsesbanken (slik at tanker det er verdt å ta vare på, blir lagret). Studieheftet Journey to the Centres of the Brain sier: «Det som i særlig grad skiller mennesker fra andre dyr, er deres forbausende allsidige evne til å tilegne seg ferdigheter og lære fakta og regler, ikke bare om fysiske ting i verden rundt dem, men særlig om andre mennesker og hva som får dem til å fungere.»
[Bilder på side 7]
Forskjellige områder i hjernen behandler inntrykk som gjelder form og farge, og sporer også bevegelse
[Rettigheter]
Parks Canada/ J.N. Flynn