Én av ti babyer i verden blir født for tidlig. Ny forskning gir oss mer kunnskap om sammenhengen mellom svært lav fødselsvekt og kognitiv utvikling. Illfoto: Sarahbean / Shutterstock / NTB scanpix

Hjernen fungerer annerledes hos tidligfødte

Hjernen til premature barn blir mer overrasket når noe skjer. Men til gjengjeld reagerer den raskt når overraskelsen kommer, viser forskning.

Hjernen hos barn med svært lav fødselsvekt fungerer annerledes enn hos andre. De kan løse oppgaver like bra, men hjernen bruker andre mekanismer har folk ved NTNU funnet ut.

På ett vis kan vi si at hjernen til tidligfødte blir mer overrasket når noe skjer, men at den til gjengjeld reagerer raskt når overraskelsen kommer.

Denne oppdagelsen kan også gi mer innsikt i hvorfor enkelte tidligfødte er plaget med angst og andre emosjonelle vansker. Verden kan simpelthen oppfattes som mer uforutsigbar.

Gjelder mange

Én av ti babyer i verden blir født for tidlig. Disse barna har høyere risiko for psykiske og fysiske vansker. Det gjelder spesielt hvis de veier mindre enn 1500 gram ved fødselen. Disse kognitive, følelsesmessige og atferdsrelaterte problemene kan følge dem gjennom hele livet.

De blå fargene viser to hvit substansbaner i hjernen som er særlig viktige for kognitiv kontrollfunksjon.  Regioner i rødt/ grønt (og indikert med piler) viser deler av hjernen hvor personer med lav fødselsvekt hadde dårligere organisering av den hvite substansen sammenlignet med gruppen med normal fødselsvekt. Foto: Alexander Olsen/NeuroImage

Alexander Olsen, førsteamanuensis ved NTNU, er blant dem som vil forstå mer av sammenhengen mellom svært lav fødselsvekt og kognitiv utvikling ( hvordan vi organiserer sanseinntrykk og reagerer på dem).

Olsen leder Clinical Neuroscience Laboratory. Her undersøker de konsekvensene av hjerneskade og sykdom. Det gjør de delvis ved hjelp av avansert hjerneavbildning som funksjonell magnetresonanstomografi (fMRI).

Nyttig å koble fagfelt

Olsens faglige hovedinteresse er traumatiske hjerneskader. Men forskningsprosjektet hans tiltrakk seg også oppmerksomheten til kollegaer i Trondheim som jobbet med barn med svært lav fødselsvekt og deres hjerneutvikling.

– Vi fikk en idé om at vi kunne lære mye gjennom å studere disse gruppene parallelt. Begge preges ofte av endringer i den hvite hjernesubstansen, men av forskjellige grunner, sier Olsen.

Den hvite substansen er viktig i koblingen mellom ulike områder av hjernen.

– Å sammenligne hvordan hjernefunksjonen tilpasser seg ulike skader under svangerskap, og skadene som voksne pådrar seg, kan gi viktig informasjon om hvordan hjernen fungerer generelt.

Kognitiv kontroll er et problem

Olsen og kollegaene hans ville se hvordan hjernene til personer med svært lav fødselsvekt skiller seg ut fra personer med normal fødselsvekt på områder som gjelder kognitiv kontroll, og hjernens evne til å løse ulike oppgaver proaktivt eller reaktivt.

– Vansker med kognitiv kontrollfunksjon er blant de største utfordringene for personer med svært lav fødselsvekt, sier Olsen.

Sjefsradiograf Bjarte Snekvik og førsteamanuensis Alexander Olsen viser hvordan forsøkspersoner ble plassert i skanneren før fMRI-oppgaven. De kunne se oppgaven gjennom videobriller. Foto: Geir Mogen, NTNU

Kognitiv kontrollfunksjon er knyttet til den målrettede reguleringen av tanker, handlinger og følelser.

– Du må organisere og bruke dine mentale evner raskt og effektivt på en fleksibel måte for å takle omgivelsene. Mange personer med svært lav fødselsvekt har vansker knyttet til dette, sier Olsen.

Forskerne undersøkte en gruppe som ble født mellom 1986 og 1988 i Trondheim. Disse hadde allerede deltatt i MR-studier i Trondheim da de var 1, 5, 14 og 20 år gamle. 35 personer fra denne gruppen deltok i Olsens studie da de var mellom 22 og 24 år gamle. De ble sammenliknet med folk i samme aldersgruppe som hadde hatt normal fødselsvekt.

Forskerne brukte fMRI-bilder i arbeidet med denne gruppen. Det ga dem muligheten for å undersøke aktivering i ulike deler av hjernen mens personene utførte ulike oppgaver.

I denne studien kikket deltakerne på en dataskjerm mens de var i skanneren. De ble vist en rekke forskjellige bokstaver etter hverandre. Oppgaven gikk ut på å trykke på en knapp så raskt som mulig da de så en ny bokstav på dataskjermen, bortsett fra når bokstaven var «x». Det vanligste var å trykke på knappen, fordi bokstaven «x» bare ble presentert 10 prosent av tiden.

– Du bruker to forskjellige typer kognitiv kontroll for å gjøre dette, så denne relativt enkle oppgaven ga oss mye informasjon.

Proaktive og reaktive systemer

– Hjernen jobber kontinuerlig for å skape en mening i flommen av informasjon som kommer til oss hvert minutt vi er våkne, sier Olsen.

Forskere har identifisert to forskjellige prosesser hjernen bruker for å greie denne oppgaven De kalles proaktiv, kognitiv kontrollfunksjon – og  reaktiv funksjon.

Proaktiv kognitiv kontroll går ut på proaktivt arbeid med en oppgave – som deltakerne i MR-skanneren fikk. De visste at de måtte trykke på knappen flesteparten av gangene, og de forberedte seg mentalt på forhånd for å gjøre riktig valg når ny bokstav dukket opp, og for å finne en balanse mellom å reagere så raskt og så riktig som mulig.

– Men når «x»-en dukker opp på skjermen kreves det en annen reaksjon, sier Olsen.

– Det reaktive systemet virker inn når noe uventet eller sjeldent skjer. Da må du tilpasse oppførselen din og reagere på den nye informasjonen. Du må forkaste den gamle planen og komme opp med en ny.

Sjefsradiograf Bjarte Snekvik og førsteamanuensis Alexander Olsen ser på en 3D-rekonstruksjon av hjernen. Foto: Geir Mogen/NTNU

Forskjellen mellom de to kognitive kontrollsystemene viste seg å være viktig for å forklare annen funksjon og symptomer hos dem som hadde svært lav fødselsvekt.

Mer reaktive, mindre proaktive

Personene med svært lav fødselsvekt fullførte oppgavene like bra som dem med normal fødselsvekt. Men hjernene deres brukte forskjellige kognitive kontrollfunksjoner for å utføre dem.

– Det vi fant var at de tidligfødte hadde mindre proaktiv- og mer reaktiv hjerneaktivering sammenlignet med gruppen som hadde normal fødselsvekt, sier Olsen.

Denne hyperreaktive hjernesignaturen ble ledsaget av dårligere organisering av den hvite substansen i hjernen, og var assosiert med lavere flytende intelligens og mer angstproblemer. (Flytende intelligens: evnen til å tenke abstrakt, identifisere sammenhenger og løse nye problemstillinger.)

Denne forskjellen indikerte at hjernene til de tidligfødte reagerte som om de møtte noe nytt hver gang.

– Resultatene antyder at hjernen er overspent på grunn av en ikke fullt så bra organisering av sentralnervesystemet.  Én tolkning er at de er mindre forberedt og blir mer overrasket hver gang. Dette kan igjen skape flere angstproblemer, forklarer Olsen.

Saken fortsetter under bildet.

De oransje-gule områdene viser hvor personer med lav fødselsvekt hadde mindre proaktiv, kognitiv kontrollaktivering i hjernen. Blå-lyseblå områder viser hvor de hadde mer reaktiv, kognitiv kontrollaktivering sammenlignet med gruppen med normal fødselsvekt. Foto: Alexander Olsen/NeuroImage

Gjør angst forståelig

I tillegg til å være NTNU-forsker, er Olsen også spesialist i klinisk nevropsykologi ved St. Olavs Hospital i Trondheim. Der arbeider han med vurderinger og klinisk oppfølging av pasienter med ervervede hjerneskader.

Han ser på den potensielle nytteverdien av forskningsresultatene både som forsker og klinisk nevropsykolog.

– Som kliniker er dette spesielt interessant, sier han.

– Det gir en mulig forklaring på hvorfor noen av disse personene har vansker med kognitiv kontroll, og at dette ofte henger sammen med emosjonelle plager.

Selv om fMRI ikke er et praktisk verktøy i en klinisk sammenheng, kan funnene gi oss informasjon som er nyttig for å forstå pasienter i denne gruppen bedre.

– Når vi jobber med mennesker med kognitiv dysfunksjon eller angstproblemer, prøver vi å jobbe sammen med dem og hjelpe dem til å være mer proaktive og forberede seg til situasjoner de synes er krevende. På denne måten trenger de ikke å stole like mye på reaktiv problemløsning, sier Olsen.

– Når du jobber med kognitiv atferdsterapi eller kognitiv rehabilitering, jobber du med å få struktur i folks liv, slik at det kreves mindre av deres kognitive kontrollfunksjon. Å skape struktur og rutine i livet frigjør kognitive kontrollressurser som i stedet kan brukes bedre til å håndtere de tingene du uansett ikke kan planlegge.

Studien er publisert i NeuroImage.

Referanse: Alexander Olsen, Emily L. Dennis, Kari Anne I. Evensen, Ingrid Marie Husby Hollund, Gro C.C. Løhaugen, Paul M. Thompson, Ann-Mari Brubakk, Live Eikenes, Asta K. Håberg, Preterm birth leads to hyper-reactive cognitive control processing and poor white matter organization in adulthood, NeuroImage, Volume 167, 2018, Pages 419-428