Kavliprisen: Sånn gjenkjenner hjernen et ansikt
Nevroforsker Nancy Kanwisher fant et område i hjernen som er viktig for å identifisere ansikter. Nå er hun vinner av Kavliprisen i nevrovitenskap.
Nancy Kanwisher begynte å studere hjernen våren 1995. Da var hun en ung forsker i en underordnet stilling ved Harvard som måtte konkurrere om tid på MRI-maskinen. Dermed ble det til at hun måtte jobbe tidlig i helgene for å få gjort arbeidet unna.
Forskningsfeltet var nytt, og konkurransen om tid på maskinen var hard. Kanwisher følte et press på seg til å oppdage noe nytt, og det raskt, i løpet av de tre timene i uka som hun hadde tilgjengelig på maskinen.
– Jeg ble bekymret etter noen måneder uten særlige resultater, skrev Kanwisher i en artikkel i The Journal of Neuroscience i 2017. – Det var dyrt å bruke MRI-maskinen, jeg hadde ikke noe stipend, og jeg risikerte å mista tilgang på skanneren om ikke teamet mitt fikk gode resultater raskt.
Så hva var den enkleste måten å lykkes på?
Nancy Kanwisher, vinner av Kavliprisen i nevrovitenskap. Foto: Nils Lund, Kavliprisen
Ut fra tidligere forskning og kliniske bevis, visste Kanwisher at om de skulle greie å identifisere nerveceller i hjernen som var knyttet opp til én bestemt oppgave, måtte det antakelig bli celler som var involvert i ansiktsgjenkjenning.
Utholdenheten hennes ga resultater. Hun oppdaget et bestemt område i hjernen som fortrinnsvis reagerer på ansikter. Det bidro til å etablere studiene av bestemte områder i hjernen som har sine helt bestemte oppgaver.
Disse studiene er grunnen til at hun ble tildelt Kavliprisen i nevrovitenskap for 2024, sammen med Winrich Freiwald og Doris Tsao. De to andre bygget videre på hennes arbeid for å studere lignende gjenkjenningsmønstre i makaker, en slekt av aper.
For tida er Kanwisher Walter A. Rosenblith-professor i kognitiv nevrovitenskap ved Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Nobelprisvinner og nevroforsker John O’Keefe er medlem av kavlipriskomiteen. Han beskriver samarbeidet mellom de tre vinnerene som «en vakker modell for hvordan du går frem når du skal analysere hvordan hjernen fremstiller en bestemt side av verden».
En kikk inn i hjernen
Kanwishers tidligere arbeid var innenfor kognitiv psykologi. Doktorgraden tok hun på et fenomen kalt “repetisjonsblindhet”.
inert av muligheten for å se hjernen i arbeid helt siden de første bildene av hjernen, tatt med PET-skannere, ble publisert tidlig i 1980-årene. Hun foretrekker det fremfor å utlede resultatene ut fra omhyggelig designede eksperimenter.
Ett tiår senere viste FMRI seg å være enda mer egnet enn PET-skannere for å se hva som skjedde i hjernen. Da følte hun seg forpliktet til å forsøke å bli med på leken.
– Vi hadde alle disse grunnleggende spørsmålene vi strevde med innenfor kognitiv vitenskap. Men så kunne vi jo isteden bare se inni hjernen, sa hun i en podkast.
Hun ble så begeistret for teknologien at hun avslo et mer eller mindre sikkert åremål ved UCLA for en usikker jobb ved Harvard. Da ble hun nærmere tilgang til Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging ved Massachusetts General Hospital, som på den tida var helt i forkant innenfor forskning med fMRI.
Oppdrettet skarv i hagen
Hva skal egentlig til for å lykkes som nevroforsker? I selvbiografien hun skrev i anledning Kavliprisen, gir hun flaks deler av æren for karrieren sin. Men hun var også omgitt av vitenskap helt fra hun var barn.
Hun vokste opp i Woods Hole i Massachusetts, et samfunn fullt av forskere som jobbet for Woods Hole Oceanographic Institute (WHOI).
– Jeg har nok ikke en sånn inspirerende historie der folk finner veien til vitenskapen mot alle odds. Der jeg vokste opp, ble vitenskapen servert meg på et fat.
Et av de mest påfallende eksemplene på dette involverte faren hennes, John Kanwisher. Han var feltbiolog ved WHOI. I 1979 inviterte faren den unge norske sommerstudenten Geir Wing Gabrielsen for å forske på hvithai og dykkerespons hos fugler. Gabrielsen ble senere en anerkjent sjøfuglforsker som er spesialist på miljøgifter ved Norsk polarinstitutt.
Nancy studerte på den tida ved MIT, og deltok i et prosjekt sammen med faren og Gabrielsen der de undersøkte dykkeresponsen i ville skarver og kanadagjess. Resultatene ble publisert i Science. De tre oppdrettet to skarver (Phalacrocorax auratus) fra de var to uker gamle, og to kanadagjess (Branta canadensis) fra de var nyklekket.
De greide å påvise at ville, dykkende fugler ikke viser den klassiske dykkeresponsen som den gang var vanlig å finne beskrevet i litteraturen. De fikk ikke nedsatt hjerterytme som følge av dykkingen i seg selv.
– Da vi holdt en skarv og tvang den til å dykke, registrerte vi en dramatisk reduksjon i hjerterytmen. Men den responsen var faktisk en fryktrespons, skrev Gabrielsen om arbeidet deres sammen.
Geir Wing Gabrielsen og Nancy Kanwisher med skarvene i hagen. Foto: Privat
Fuglene ble preget på Gabrielsen og Nancy Kanwisher, så da de ble sluppet ut i naturen, så fuglene på de to menneskene som sine foreldre.
Så tidlig interessen for nevrovitenskap
En gang, under et hageselskap i Kanwisher-familiens båthus i Woods Hole, kom skarven Willy flyvende sammen med tre andre ville skarver.
– Jeg ropte på Willy som kom flyvende ned og landet på dokken. Der fanget han en fisk før han fløy videre. Dette var et magisk øyeblikk for både oss og gjestene, skrev Gabrielsen.
Allerede den gang kunne Gabrielsen se at Nancy Karwishers var interessert i nevrovitenskap. Det gjaldt spesielt etter at de to den samme sommeren tok et kurs i nevrovitenskap sammen ved Marine Biological Laboratory, også det i Woods Hole.
– Jeg er ikke overrasket over at nevrovitenskap ble hennes forskningsfelt, skrev Gabrielsen.
Oppdaget skjønnheten i enkle data
Kanwishers korte streif innom dyrefysiologi var første, men ikke siste gang kavliprisvinneren utforsket alternative karrieremuligheter.
Selv om hun startet på biologistudier ved MIT, oppdaget hun at hun ikke helt likte sider ved laboratoriearbeidet.
– Jeg jobbet i et blodcellelaboratorium. Hver gang jeg skulle utføre et eksperiment, var det første jeg gjorde å gripe tak i ei mus, sette en blyant bak nakken dens, og dra den opp etter halen til nakken brakk, sa hun i en podkast. – Så jeg tenkte bare at jeg ville jobbe i en avdeling der de ikke dreper forskningsobjektene først, og at det kunne være psykologiavdelingen.
Et grunnleggende kurs ledet av Molly Potter gjorde at Kanwisher oppdaget kraften som ligger i atferdsdata for å hjelpe forskere til å forstå hvordan hjernen fungerer.
Da hun leste pensumboka, tenkte hun:
– Hva? Kan vi utlede alt dette bare ved å måle reaksjonstider? Det hadde ikke egentlig gått opp for meg hvor fantastiske bedrifter slike beskjedne data kunne utrette. Det var bare så spennende.
Men som student i Potters laboratorium fikk hun ikke nyttige data fra eksperimentene innenfor setningsforståelse og visuell oppfattelse.
– Spørsmålene var spennende, og den eksperimentelle logikken tiltrekkende, men flesteparten av eksperimentene mine gikk skeisen, skrev Kanwisher i selvbiografien.
Forskningsjournalistikk, atomkrig og en mentor som ikke sviktet
Frustrert droppet hun ut av studiene flere ganger for å prøve seg som journalist. En sommer hospiterte hun ved Center for Investigative Journalism i San Francisco.
Hun dro til Nicaragua i en måned under Contras-krigen i 1980-årene. Kanwisher hadde falskt pressebevis, haiket over hele landet i militær-jeeper, og hang i svømmebassenget på Hotel Intercontinental sammen med amerikanerne som drev krigen fra Honduras.
Hun har også engasjert seg på andre måter, som ved å advare mot angrep på Irak tidlig på 2000-tallet, og nylig ved å støtte MIT-studenter som protesterer mot bombingen av Gaza.
Men hver gang Kanwisher droppet ut, ønsket Potter henne velkommen tilbake til laboratoriet med åpne armer.
– Molly var alltid tålmodig, insisterte på at mine eksperimentelle ideer var gode, og at jeg bare var uheldig med dataene, skrev Kanwisher i selvbiografien for Kavli.
Ville forstå atomstrategi
Ved hjelp av Potters oppmuntringer utforsket Kanwisher til sist en ide som Potter og kollega Helene Intraub først oppdaget på feltet «repetisjonsblindhet», og avla doktorgraden i 1986.
Kanwisher-laben rundt 1996. Nancy Kanwisher, Josh McDermott, Marvin Chun, Ewa Wojciulik og Jody Culham. Disse bidro til de første fMRI-målingene. Foto: Kavliprisen
Men på det punktet hadde Kanwisher bestemt seg for at hun kanskje ikke egentlig var laget for en karriere innenfor forskning. Isteden ble hun MacArthur Fellow innenfor fred og internasjonal sikkerhet.
På det feltet trodde hun at hun kunne bruke bakgrunnen innenfor psykologi til å forstå atomstrategi bedre, og prøve å «forstå de kognitive skjevhetene som lå bak misoppfatninger knyttet til USAs utenriks- og forsvarspolitikk», som hun skriver i selvbiografien.
– Det var fascinerende og underholdende, men til sist slo jeg fast at de egentlige årsakene, roten bak den dårlige utenriks- og forsvarspolitikken, hadde mer å gjøre med økonomiske krefter som drev våpenproduksjonen enn med psykologiske skjevheter. Selvsagt er det begge deler, men jeg følte ikke at min innsats for å utføre psykologiske eksperimenter for å belyse området hjalp noe særlig.
- Les også: Moserekspedisjonen
Et stipend og gambling
Et stipend fra US National Institutes of Health fikk Kanwisher tilbake til akademia. Denne gang ble hun postdoktor ved UC Berkeley, der hun jobbet sammen med psykologen Anne Treisman. Hun fortsatte arbeidet med repetisjonsblindhet.
Men selv om dette ledet til et tilbud om en stilling ved UCLA, prøvde Kanwisher fremdeles å finne ut hvordan hun kunne bruke nye bildeteknikker for å komme videre i forskningen.
Etter hvert fikk hun tilgang på laboratoriet for PET-skanning som John Mazziotta ved UCLA ledet. Hun utførte noen eksperimenter og publiserte resultatene, men på det tidspunktet var fMRI blitt et stadig mer viktig redskap for avbildning av hjerner.
Bare en håndfull laboratorier hadde det dyre utstyret. Blant dem var Martinos Center for Biomedical Imaging ved Massachusetts General Hospital. Så da da en Harvard-stilling ble tilgjengelig tidlig i 1990-årene, grep hun sjansen. Resten er historie.
Å finne andre måter å forstå hvordan mennesker oppfatter noe
Det fusiforme ansiktsområdet (FFA) er deler av hjernen som er spesialisert i å gjenkjenne ansikter. Oppdagelsen av dette området, og utvikle en metode som gjør at forskerne kan studere interessante, funksjonelle deler av det, åpnet døra sånn at Kanwisher og andre kunne oppdage flere spesialiserte deler av hjernen. Det inkluderer kroppsgjenkjenning, steder og selv sang.
Spesialiserte hjerneområder. Foto: Skjermbilde, Kavliprisen
Rebecca Saxe, en av Kanwishers tidligere doktorgradsstudenter, er nå John W. Jarve (1978) professor i kognitiv nevrovitenskap og assisterende dekan for vitenskap ved MIT. Hun brukte fMRI for å identifisere et område av hjernen som aktiveres når folk tenker på andre menneskers tanker.
– Nancys arbeid gjennom de siste to tiårene har argumentert for at mange sider ved den menneskelige oppfattelsesevnen er støttet av spesialiserte, nevrale nettverk. Den konklusjonen står i kontrast til vår subjektive oppfatning av en samlet mental opplevelse. Hun har gitt grunnleggende bidrag til psykologisk og kognitiv vitenskap, sa Robert Desimone direktør for MIT’s McGovern Institute da Kanwisher mottok National Academy of Sciences Award in the Neurosciences i 2022.
I det siste har Kanwisher brukt andre redskaper for å forstå menneskelig oppfattelsesevne. Kunstig intelligens og kunstige nevrale nettverk virker som en naturlig sandkasse for eksperimentering. Kan hjerneforskere lære fra måter som kunstige nevrale nettverk løser oppgaver på, som for eksempel hvordan de identifiserer ansikter?
Kunstige nettverk og hjernen likner hverandre
En av Kanwishers postdoktorer, Kathrina Dobs, er nå forskningsgruppeleder ved Justus Liebig University Giessen i Tyskland. Hun gjorde nettopp dette. Hun trente et kunstig nevralt nettverk opp til å gjenkjenne ansikter, og fant at dette nettverket og hjernen brukte lignende metoder. De setter av separate deler av nettverket, eller hjernen, for å utføre oppgaven.
– Dette er det vi har sett på i hjernen i noen og 20 år, sa Kanwisher i en pressemelding om funnet. – Hvorfor har vi separate systemer for ansiktsgjenkjennelse i hjernen? Dette forteller meg at det er fordi det er slik en optimalisert løsning ser ut.
Gir alt i undervisning og spredning av kunnskap
Et bilde av Kanwishers omfattende akademiske fotavtrykk ville ikke vært komplett uten å anerkjenne hennes engasjement for læring og å spre kunnskap til allmennheten.
Med Molly Potter som egen mentor er Kanwisher del av en linje som i fire generasjoner har understreket hvor viktig det er å være mentor for kvinnelige forskere.
Hjemmesiden hennes ved MIT, Nancy’s Brain Talks, inkluderer undervisning fra kursne hun holder for studenter. Den har flere tusen treff. En TED Talk-video kalt A neural portrait of the human mind har fått 1,5 millioner treff siden den ble publisert i 2014.
Hun er heller ikke redd for å dele, om det så er gjennom personlige historier eller overraskende stunt.
– Folk liker historier og folk responderer på historier, har hun sagt.
Hennes første foredrag i det introduserende grunnkurset begynner med en personlig historie om en venn som kollapset på gulvet i huset hennes, og som senere beviste at hun hadde en godartet hjernesvulst i et område som Kanwishers laboratorium hadde studert. Denne videoen satte ny rekord for MIT Open Coursewares videoer med over 10 millioner visninger.
Et annet foredrag innenfor nevroanatomi begynner med at Kanwisher forteller studentene hennes hvor vanskelig det å se hvor de ulike delene av hjernen ligger fordi håret står i veien. Så hun fikk hovedfagsstudenten sin til å barbere hodet hennes og tegne et kart over hjernen på den bare skallen.
Alt for undervisningen. Rosa Lafer-Sousa barberte Nancy Kanwisher på hodet, og tegnet inn hjerneområdene på skallen. Foto: Skjermbilde
– Det var morsomt. Det gror tilbake. Hvem bryr seg? sa Kanwisher i en artikkel om foredraget.
– Vitenskap er et eventyr. Å barbere hodet er et slags eventyr. Om du skal være en effektiv lærer i vitenskap, må du ha en teatralsk side ved deg.
Moralsk ansvar å gi noe tilbake
Du kan høre ekkoet av forskeren som vurderte å bli journalist i resonneringen rundt det å dele vitenskap.
– Offentligheten betaler for forskningen vi utfører i laboratoriet, så jeg synes vi har et moralsk ansvar som forskere å gi noe tilbake, sa hun i en podkast.
Uansett er Kanwisher klar når hun forklarer sin entusiasme for feltet. Det handler om den rene gleden som ligger i det å utforske fundamentale spørsmål, sier hun. Ikke nødvendigvis det å finne en kur for Alzheimer’s eller andre hjernelidelser.
– Det er et svært viktig mål, og jeg ville blir henrykt om noe av arbeidet mitt bidro til det. Men det å fikse noe som er ødelagt i verden er ikke det eneste som er verdt noe. Innsatsen som går med til å forstå menneskesinnet og hjernen er verdifull, selv om den aldri leder til noen kur for en eneste sykdom. Hva kan være mer spennende enn å forstå de grunnleggende mekanismene som ligger under menneskelige opplevelser, det i bunn og grunn å forstå hvem vi er? Jeg synes det er den største vitenskapelige oppdagelsesreisen noensinne.
