Mona Grudt spiller mamma med velduftende kaker på nobelforelesningsvideo om lukt og minner. Video: Helmet

Derfor trigges hukommelsen av lukt

NOBELPRIS 2014: En for anledningen spesiallaget video med Mona Grudt ble vist under May-Britt Mosers nobelforelesning, for å visualisere hvordan lukt og smak trigger minner i hjernen.

Her kan du se videoen som visualiserer hvordan hukommelsen trigges av lukt. Skuespillerne i videosnutten er Arne O. Reitan fra Trøndelag teater, Mona Grudt og Mio Jorquera. Videoen ble vist under May-Britt Mosers nobelforelsning 7. desember 2014:

Hjernebølger kobler lukt og minner sammen. Dette hører til arbeidet til May-Britt og Edvard I. Moser, som vant nobelprisen i fysiologi/medisin for 2014. Egg og bacon, granbar, smøreolje, liljer eller nylagede boller. Du trekker pusten og kjenner minner skylle over deg.

Selv den svakeste duft kan sette i gang din indre film og hente frem de skarpeste bilder fra barndommen, ferieturen eller det stedet du alltid går forbi på vei til jobben.

Koblingen mellom lukt og minner er velkjent, men hvordan denne koblingen oppstår har vært ukjent. Inntil nå. Nå har forskere på Kavliinstituttet på NTNU funnet ut hvordan lukt og minner limes sammen. Funnet føyer seg inn i rekken av forskergruppens banebrytende resultater som publiseres i prestisjetunge tidsskrift. Disse resultatene ble publisert i Nature på skjærtorsdag.

Et genetisk puslespill

Luktesansen har alltid vært den sansen som er vanskeligst å studere.

Når du kjenner den deilige duften av egg og bacon så er det minst 100 ulike duftmolekyler som treffer nesens sensorer. Alt i alt finnes det mer enn en million forskjellige duftmolekyler som i ulike kombinasjoner blir det vi kjenner igjen som ulike lukter. Det er nok en del av forklaringen når det har tatt tid å knekke luktesansens koder.

Kei Igarashi har jobbet lenge med luktesansens koblinger inne i hjernen. Foto: Kavliinstituttet/NTNU

Kei Igarashi har jobbet lenge med luktesansens koblinger inne i hjernen. Foto: Kavliinstituttet/NTNU

Luktesystemet fungerer slik at hvert duftmolekyl er som en nøkkel som må passe inn i et nøkkelhull for å bli gjenkjent. De har helt ulike geometriske former. Det er en svært omfattende jobb å finne ut av hvilke molekyler som kjennes igjen av de rundt tusen ulike sensorene i nesen, og i hvor godt de ulike molekylene passer. Det er slik at det er mange nøkler til hvert nøkkelhull, men noen passer bedre enn andre. Et nokså omfattende puslespill altså. Men, noen store fremskritt er gjort på feltet.

Forskerne Richard Axel og Linda Buck avslørte hvilke gener som lager nesens sensorer for lukt. Nesten 400 gener er involvert i dette. (Til sammenligning lages sensorene i øyet av fire gener.) Dette var i 1991, og forskerne har senere fått nobelpris for dette funnet. Etter dette har forskningen på lukt og luktesans tatt av, og de grunnleggende mekanismene for hvordan lukt leses av inne i nesen begynner nå å bli godt dokumentert.

Hvordan hjernen jobber videre med signalene fra luktesensorene er derimot ikke særlig godt forstått. Og hva gjør at du kjenner igjen en lukt som akkurat den lukten? Det er et mysterium som ennå ikke er løst.

Kei Igarashi er forsker og jobber på Kavliinstituttet. Han har jobbet lenge med luktesansens koblinger inne i hjernen.

– Da jeg jobbet i Tokyo fant jeg ut at den såkalte luktelappen har fysiske koblinger som strekker seg inn til det området i hjernen som er kjent for å jobbe med stedsans og hukommelse, entorhinal cortex, forteller han. – Jeg hadde veldig lyst til å finne ut mer om disse koblingene, og da måtte jeg komme til Kavliinstituttet i Trondheim.

Nese for navigasjon

Igarashi og hans forskerkolleger på Kavliinstituttet klekket ut en måte å finne hvordan denne kommunikasjonen mellom nese, hukommelse og stedsans foregår.

De satte opp en labyrint for rotter som fungerte slik at rotta først stakk nesen sin inn i et hull for å kjenne på en lukt, deretter skulle den velge en av to veier for å finne mat.

Labyrinten ble laget slik at dersom det var lukt A som var innenfor hullet så var maten ved enden av den høyre veien, og hvis det var lukt B så var maten ved enden av den venstre veien.

Det tok ikke lang tid for rottene å lære sammenhengen, og etter tre ukers trening valgte rottene rett vei i mer enn 85 prosent av forsøkene. Koblingen mellom lukt, hukommelse og sted var etablert.

Samtidig som rottene lærte seg å bruke lukten som guide for å vite hvilken vei de skulle gå for å finne mat så ble aktiviteten i hjernen deres overvåket. En rekke elektroder registrerte hjernebølger i de områdene som jobber med hukommelse og stedsans, hippokampus og entorhinal cortex.

Selv den svakeste duft kan sette i gang din indre film og hente frem de skarpeste bilder. Illustrasjon: Thinkstock

Selv den svakeste duft kan sette i gang din indre film og hente frem de skarpeste bilder. Illustrasjon: Thinkstock

Endret aktivitetsmønster i hjernen

Etter at rottene hadde lært seg koblingen mellom lukt og sted viste det seg et tydelig aktivitetsmønster i hjernen når rottene skulle huske hvordan de måtte bevege seg for å finne mat.

– Like etter at rotta har kjent lukten så kommer det en sterk økning i aktiviteten mellom to helt bestemte områder i hjernen, forklarer Igarashi. – Og denne aktiviteten viser seg som bølger med en frekvens på 20-40 Hz. Det er bare i akkurat denne nettverksforbindelsen i hjernen vi ser en slik aktivitetsøkning når rotta skal hente frem minnet om den veien den må gå. Du kan sammenligne dette med å snakke i en walkie talkie. For å kommunisere må du og den du skal snakke med stille dere inn på samme frekvens for å kunne høre hverandre.

Det som skjer inne i hjernen til rottene når koblingen mellom lukt og sted etableres er nærmest som å opprette en frekvens for kontakt mellom grupper av celler i hjernen. Denne sammenkoblingen blir forsterket, fininnstilt på rett frekvens, gjennom læringen.

– Vi forstår fortsatt ikke hvordan vi identifiserer de ulike luktene, sier Igarashi, – men nå vet vi hvordan de delene som sørger for dette snakker sammen, nemlig fininnstilling av bølgefrekvenser.

Kommunikasjon på rett bølgelengde

– Dette er ikke første gangen vi observerer at hjernen bruker fininnstilling av bølgefrekvens for å kommunisere mellom områder av hjernen som ikke ligger tett sammen, forklarer Edvard Moser.

Edvard Moser. Foto: NTNU

Edvard Moser. Foto: NTNU

Han er leder for Kavliinstituttet, der forsøkene ble gjort.

– Vi har sett det både når minner skal lastes inn og når de skal hentes frem igjen. Det skjer en kommunikasjon mellom hjerneområder som hjelpes av fininnstilling av bølgefrekvensen, hovedsakelig gammabølger og thetabølger, slik som vi ser i disse forsøkene. Det som er virkelig interessant er at det trer frem et mønster i hvordan ulike deler av hjernen kommuniserer når de ikke ligger tett ved siden av hverandre. Fra før vet vi jo at det sendes elektriske signaler inne i og mellom nerveceller. Det vi har funnet her er ikke bare en kobling mellom luktesans og stedshukommelse. Det er også enda et bevis på at harmonisering av hjernebølger, fininnstilling og låsing av frekvens, er en måte å få til langdistansekommunikasjon inne i hjernen, sier Edvard Moser.

Se artikkel i Nature her.