Ved hjelp av signaler fra hjernen kan forskerne forutse hvilken vei rotta vil gå i labyrinten. Foto: Geir Mogen/NTNU

Hjernen avslører ditt neste trekk

Signaler fra hjernen din avslører hvilken vei du vil gå.

Forsker Hiroshi Ito har undersøkt hjernesignaler hos rotter for å finne ut om det er mulig å forutsi hvilken vei de vil gå videre når de står overfor flere valg.

Ito jobber ved Kavli Institute for Systems Neuroscience ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU).

Hiroshi Ito

Hiroshi Ito

Ito og kollegene hans undersøkte en bestemt nervebane for å finne ut om den var knyttet til mekanismene som gjør dyrene i stand til å legge planene for å komme seg fra ett sted til et annet.

Studien deres bekrefter at denne nervebanen gjør det. Den går fra et område av hjernebarken kalt den mediale prefrontale cortex, gjennom thalamus til hippocampus. De fant også at signalene styres fra frontal cortex.

Resultatene er nylig publisert i Nature. Nobelprisvinnerne May-Britt og Edvard Moser har vært veilederne hans.

Selektiviteten på signalene avgjør

Forskerne designet en undersøkelse for å lære mer om hvordan denne signalveien fungerer. De trente rottene til å løpe rundt i en uendelig T-labyrint som mest minner evighetstegnet, med en bred vei i midten med veikryss i endene. (Se illlustrasjon.)

Ved hjelp av signaler fra hjernen kan forskerne forutse hvilken vei rotta vil gå i labyrinten. Illustrasjon: Kavli Institute for Systems Neuroscience

Rottene løp rundt i en uendelig T-labyrint. Illustrasjon: Kavli Institute for Systems Neuroscience

– Vi har lært at vi kan spå nøyaktig hvilken vei en rotte vil ta ut fra når bestemte nerveceller er aktive, sier Ito. Forskerne analyserte aktiviteten til nerveceller når rotta skulle bestemme seg for om den ville gå til venstre eller høyre i neste veikryss.

Mens rottene løp rundt i labyrinten, ble elektrofysiologiske registreringer gjort fra både den delen av hjernebarken som kalles prefrontal cortex, fra thalamus og fra hippocampus.

Forskerne visste allerede at det finnes baner fra den prefrontale cortex via thalamus i CA1-området av hippocampus. Det er imidlertid ingen direkte kobling til CA3-området i hippocampus, som ligger rett ved siden av CA1.

Derfor sjekket forskerne først om de kunne påvise en forskjell i kodingen mellom de to områdene som ville reflektere banen ei rotte kom til å velge. Det var en tydelig forskjell. CA1 viste langt mer koding for kommende valg enn CA3.

Selektiviteten i signalet avgjorde altså om forskerne kunne spå hvilken vei rotta ville ta, ikke hvilken celle i området som ble avfyrt, eller hvor.

Korsangere med ulikt volum

For å forstå hvordan dette fungerer kan du tenke på et kor der alle synger den samme sangen, men der ulike stemmer er høyere på samme punkt i sangen under ulike forestillinger.

Teksten, melodien, og sangerne er de samme, mens endringen i volumet til hver stemme er det som endrer forestillingen.

Dirigenten sitter i hjernebarken

Siden forskerne er godt kjent med «koret», lette forskerne etter dirigenten. Den fant de i området av hjernebarken kalt frontal cortex.

Forskere har kjent til at en del av koden for veivalg ligger i CA1 i hippocampus. Forskerne ved Kavli-instituttet viste at en lignende kode ligger i nucleus reuniens (NR) i thalamus, så vel som anterior cingulate cortex (AC) og prelimbisk cortex (PC), begge i den mediale prefrontale cortex (mPFC).

Forskerne fortsatte å undersøke hvor signalene oppstår, og testet bidraget langs mPFC-NR-veien. Forskerne kunne fastslå at uten påvirkning fra mPFC gjennom NR, mister CA1 også signalene for det kommende veivalget.

De kunne bekrefte dette ved å blokkere signaler i NR, ved hjelp av to ulike metoder. Dette viser at signalene må komme fra mPFC via NR.

Navigering krever mer enn kart

– Planlegging av hvordan vi skal bevege oss til et sted krever mer enn et kart over hvor vi er, sier professor May-Britt Moser. – Vi må både vite hvor vi er nå og hvor vi ønsker å gå, og det samtidig. Det virker som om cellene som er involvert i navigasjonen bruker både interne og eksterne ledetråder for å vite eksakt hvor vi er og hvor vi skal. I tillegg til mønsteret som nervene avfyres i har vi ulike intensitetsnivåer av avfyringen som kan gi oss informasjon om det neste trekket.

May-Britt Moser

May-Britt Moser

Moser forklarer at dette intensitetsmønsteret ser ut til å styres av prefrontal cortex, et område av hjernebarken som hos primater er kjent for å være involvert i beslutningstaking og fysisk handling.

– Vi tror disse funnene tyder på at den nye signalveien vi fant er helt avgjørende for at dyr og mennesker kan planlegge sine bevegelser fra et sted til et annet. Dataene beviser også at thalamus spiller en rolle i kommunikasjonen mellom ulike områder av hjernebarken, sier Moser.