Sebrafisk kan gi ny innsikt i hvordan hjernen fungerer. Foto: Thinkstock

Fiskehjerner avslører din hjernes hemmeligheter

Gjennomsiktige fisker som glimter i mørket lærer oss hvordan hjernene våre fungerer. Kavliinstituttet har fått nye forskere.

KAVLIINSTITUTTET: Nevrologer som vil forstå hvordan hjernen fungerer møter en helt grunnleggende utfordring: Å finne ut hvordan hjernen faktisk er koblet sammen og hvordan nerveceller kommuniserer med hverandre.

Emre Yaksi og forskergruppen har rundt 90 genetiske varianter av sebrafisk. Foto: Nancy Bazilchuk/NTNU

Emre Yaksi og forskergruppen har rundt 90 genetiske varianter av sebrafisk. Foto: Nancy Bazilchuk/NTNU

NTNUs nobelprisvinnende nevrologer May-Britt og Edvard Moser løste dette problemet ved å lære å ta opptak av de enkelte nevronene i rottehjernene mens rottene bevegde seg fritt i rommet.

De brukte opptakene for å komme frem til funnene som ga dem Nobelprisen: De ble i stand til å se at enkelte nevroner i entorhinal cortex ble aktivert for å skape et rutenettmønster som kan brukes til å navigere, som en intern GPS.

Gjennomsiktige

Den nyeste gruppelederen ved Kavli Institute for Systems Neuroscience, Emre Yaksi, har en helt annen tilnærming til problemet med å se hva som skjer inne i hjernen.

I stedet for å studere rotter eller mus har Yaksi omtrent 90 forskjellige varianter av  genmodifisert sebrafisk som han kan avle for å skape fisk med forskjellige egenskaper.

Hver fisketank har detaljert informasjon om den genetisk modifiserte fisken inni. Foto: Nancy Bazilchuk/NTNU

Hver fisketank har detaljert informasjon om den genetisk modifiserte fisken inni. Foto: Nancy Bazilchuk/NTNU

Sebrafisk på larvestadiet er helt gjennomsiktige, så Yaksi trenger bare et vanlig optisk mikroskop for å se hva som skjer inne i de små fiskehodene. Noen av Yaksis fisker har en genetisk modifisering som gjør at nevronene deres lyser opp hver gang de sender et signal til en annen nervecelle. Dette gjør kretsene og koblingene synlige for forskerne, sier han.

– Vi er interessert i å forstå den generelle oppbyggingen av nevrale nettverk i hjernen som utfører beregninger, sier Yaksi.

Selv om fiskene er ganske så forskjellige fra mennesker, har hjernene deres mange lignende strukturer.

– Fisken nødt til å finne mat, de må også finne en partner, de må unngå farer og de bygger hjernenettverk som kan generere alle disse typene atferd, akkurat som mennesker gjør.

Et antivibrasjonsbord

Yaksi kom til Kavliinstituttet i begynnelsen av 2015. Da hadde han vært assisterende professor ved Neuro-Electronics Research Flanders i Belgia, hvor han hadde vært en gruppeleder og midlertidig direktør siden 2010.

Sammen med Yaksis team av forskere kom et 900 kilo tungt antivibrasjonsbord større enn et biljardbord. Bordet var så stort og tungt at den eneste måten å få det inn i laboratoriet på var å fjerne vinduer fra laboratoriet i tredje etasje og heise det inn med en kran.

Yaksis gruppe trenger bordet for å redusere vibrasjoner, slik at de kan bruke de svært sensitive fotonmikroskopene til å kikke inn sebrafiskhjernene. Fiskelarvene er så små at selv bittesmå vibrasjoner fra biler eller lastebiler som kjører forbi på gaten nedenfor er nok til at mikroskopene blir for ustødige til å undersøke de små hjernene.

Saken fortsetter under filmen.

Små hjerner, store tall

Sebrafiskhjernen er liten, med bare 10.000 til 20.000 nevroner. En menneskehjerne har til sammenligning anslagsvis 80 milliarder nerveceller. Likevel resulterer målingene som Yaksi og hans kolleger gjør i store bunker med data.

30 minutters opptakstid kan generere så mye data at det fort tar en uke å behandle dem, sier han. Derfor er Yaksis forskergruppe et tverrfaglig team av ingeniører, fysikere og naturvitenskapelige forskere som er opplært til å utvikle og bruke dataverktøy for å analysere disse store mengdene data.

Siden noen av sebrafiskene er genmodifisert slik at nevronene deres lyser opp med et fluorescerende protein når nervecellene er aktive, jobber Yaksi og kollegene hans ofte i dårlig lys eller mørke. Det merkes spesielt når han tar besøkende med i det tussmørke laboratoriet, der mange av de avanserte mikroskopene står i kasser som er åpne på forsiden, designet for å begrense mengden av eksternt lys.

Andre sebrafisk er genmodifisert slik at om du lyser på dem med et blått lys, aktiveres visse nevroner i hjernen. Det gjør at forskerne kan kartlegge sammenhenger mellom nevroner, sier Yaksi.

Utforsker genetiske hjernesykdommer

Mesteparten av forskningen som gjøres ved Yaksis gruppe er grunnforskning. Funnene gir oss økt innsikt i hvordan hjernen kalkulerer, men har ikke noen umiddelbare, spesifikke kliniske implikasjoner.

Nathalie Jurisch-Yaksi jobber sammen med leger for å utvikle genmodifisert sebrafisk som vil bidra til å belyse hjernesykdommer som epilepsi. Foto: Nancy Bazilchuk/NTNU

Nathalie Jurisch-Yaksi jobber sammen med leger for å utvikle genmodifisert sebrafisk som vil bidra til å belyse hjernesykdommer som epilepsi. Foto: Nancy Bazilchuk/NTNU

Men Yaksis kone og kollega, Nathalie Jurisch-Yaksi, jobber sammen med leger for å utvikle genmodifisert sebrafisk som vil bidra til å belyse hjernesykdommer som epilepsi.

– De fleste i min lab utfører veldig grunnleggende forskning. De spør hvordan hjernen fungerer, hvordan den er koblet, hvordan den er bygget, sier Yaksi. – Men Natalie arbeider sammen med leger her på NTNU. Vi prøver virkelig å nå ut til klinikere.

Han gir et eksempel: Hvis en hjernelidelse som epilepsi har en genetisk komponent, kan den samme genetiske mutasjonen gjenskapes i gruppens sebrafiskanlegg. Da kan de studere hva som gir anfall i en syk hjerne og hvordan anfall kan forhindres.

Stor vitenskap i en liten by

Da han kom til Trondheim for å bli intervjuet for stillingen, fikk ikke Yaksi bare møte gruppelederne, men også teknikere, masterstudenter, doktorgradskandidater. Alle.

– Det som var veldig imponerende, bortsett fra det utmerkede vitenskapelige miljøet, var at folk var veldig glade og fornøyde med hva de holdt på med. Det var en god atmosfære, sier han.

Mens vitenskapen var den mest kritiske delen av Yaksis beslutning om å flytte til Trondheim, sier han at han er glad for å være en del av Kavliinstituttet fordi han og kona hans foretrekker å bo i en mindre by og svært nær naturen.

– Trondheim er et unikt sted – du kan utføre virkelig god vitenskap og fortsatt være veldig nær naturen, og det er en stor ting for meg, for oss, sier han. – Å dra til London eller en annen storby var aldri et alternativ. Vi har aldri ønsket oss storbylivet. Rett bak huset vårt vi kan plukke sopp og bringebær.

May-Britt Moser spurte ham under jobbintervju om hva han visste om Skandinavia. Da svarte han at selv om han ikke visste så mye, elsket han og kona å være i naturen.

– Da sa May-Britt til meg: «Åh, det høres rett ut», sier Yaksi.