Hur fungerar hjärnan?

”Hjärnan är den del av kroppen som är svårast att studera”, konstaterar E. Fuller Torrey, en psykiater vid U.S. National Institute of Mental Health. ”Vi går omkring och bär på den i en ’låda’ som är väldigt besvärlig att komma in i för forskning.”

ÄNDÅ hävdar forskarna att de redan vet mycket om hur hjärnan behandlar den information som vi får genom de fem sinnena. Tänk till exempel på hur den tar hand om våra synintryck.

Din inre syn

Ljuset når dina ögon och träffar näthinnan, som består av tre cellskikt längst bak i ögongloben. Ljuset tränger in till det tredje skiktet. Det består av celler som kallas stavar, vilka har stor ljuskänslighet, och tappar, som är mottagliga för ljus med våglängder motsvarande färgerna rött, grönt och blått. Ljuset stimulerar pigment i dessa celler. Från dessa sänds signaler till det andra lagret och därifrån till andra celler i översta lagret. Cellernas axoner går samman och bildar synnerven.

Synnervens miljoner nervceller kommer fram till en förbindelsepunkt i hjärnan som kallas synnervskorsningen. Här möts nervceller med signaler från vänstra delen av de båda näthinnorna och går parallellt till vänstra hjärnhalvan. På samma sätt möts signaler från högra sidan av de båda näthinnorna och fortsätter till den högra hjärnhalvan. Synimpulserna passerar först en omkopplingsstation i talamus, och därifrån sänder de närmast följande nervcellerna signalerna till nacklobens hjärnbark, där syncentrum är beläget.

Olika detaljer av den information som förmedlas via synen färdas jämsides. Forskare vet nu att främre delen av synbarken och ett område i närheten fungerar som ett postkontor, där det sker en sortering, dirigering och samordning av all den information som kommer in via nervcellerna. Ett tredje område registrerar former, till exempel konturerna av ett föremål, och rörelser. Ett fjärde område identifierar både form och färg, medan ett femte har en aktuell översikt över synintrycken för att kunna spåra rörelser. Nya forskningsrön visar att så många som 30 olika områden i hjärnan behandlar information som kommer in via ögat! Men hur samverkar de så att vi ser en enda bild? Ja, hur kan vi ”se” med vår inre syn?

Att ”se” med hjärnan

Ögonen samlar in information åt hjärnan, men det är tydligtvis hjärnbarken som behandlar den information som hjärnan får. Om du tar kort med en kamera, kan du sedan upptäcka detaljer som du inte såg när du tog bilden. Men när ögat tar in samma ”bild”, ser du bara det som du fokuserar blicken på. Hur hjärnan gör detta är fortfarande en gåta. En del tror att det är resultatet av att synintrycken gradvis samordnas i så kallade konvergenszoner, så att du kan jämföra det du ser med vad du redan känner till. Andra menar att om det är något man inte ser tydligt, beror detta på att de nervceller som styr vad vi uppmärksammar inte har aktiverats.

I vilket fall som helst är de svårigheter som forskarna har med att förklara synen små i jämförelse med de problem de stöter på, när de skall avgöra vad ”medvetandet” och ”sinnet” egentligen är. Undersökningsmetoder, till exempel magnetisk resonanstomografi (MRT) och positronemissionstomografi (PET), har gett forskarna nya möjligheter att förstå människohjärnan. Och genom att iaktta blodflödet till vissa områden i hjärnan under tankeprocessen har de, med ganska stor säkerhet, kommit fram till att det i hjärnbarken uppenbarligen finns särskilda områden som hjälper oss att höra ord, se ord och uttala ord. Men det är som en skribent konstaterar: ”Sinnet och medvetandet är fenomen som är mycket mer komplicerade ... än vad någon anat.” Ja, ännu återstår det mycket innan hjärnans mysterium har blivit löst.

Hjärnan — bara en fantastisk dator?

För att förstå vår komplicerade hjärna kan det vara till hjälp att göra vissa jämförelser. I början av den industriella revolutionen, i mitten av 1700-talet, blev det populärt att jämföra hjärnan med en maskin. Längre fram, när telefonväxeln blev en symbol för utveckling, jämförde man hjärnan med en flitigt använd telefonväxel och en telefonist som fattar beslut. Nu när man använder datorer för sådant som är komplicerat, är det somliga som jämför hjärnan med en dator. Ger en sådan jämförelse en fullgod förklaring av hur hjärnan fungerar?

Det finns vissa grundläggande skillnader mellan en hjärna och en dator. Hjärnan är i grund och botten ett kemiskt system, inte ett elektriskt. Ett stort antal kemiska reaktioner äger rum i varje cell, vilket är helt annorlunda mot hur en dator fungerar. Inte heller finns det, som dr Susan Greenfield konstaterar, ”någon som programmerar hjärnan: den är ett proaktivt organ som fungerar av sig självt ”, till skillnad från datorer som måste programmeras.

Nervceller står i förbindelse med varandra på ett komplicerat sätt. Många nervceller reagerar på 1.000 synaptiska impulser eller mer. För att förstå vad detta innebär kan du tänka på det en neurobiolog kom fram till i sin forskning. Han studerade ett område på hjärnans undersida, precis ovanför och bakom näsan, för att få reda på hur vi kan känna igen dofter. Han säger: ”Till och med en så enkel uppgift som denna — vilken kan tyckas vara en barnlek jämfört med något sådant som att bevisa ett geometriskt teorem eller att lära sig en stråkkvartett av Beethoven — inbegriper cirka 6 miljoner nervceller, och var och en får kanske 10.000 impulser från närliggande nervceller.”

Hjärnan är dock mer än bara en samling nervceller. För varje nervcell finns det ett antal gliaceller. Förutom att de stöder och håller ihop hjärnan, sörjer de för elektrisk isolering åt nervcellerna, skyddar mot infektioner och bildar en skyddande blod-hjärnbarriär. Forskarna tror att gliacellerna kanske har andra funktioner som man ännu inte har upptäckt. ”Den uppenbara likheten med människogjorda datorer, som behandlar elektronisk information i digital form, kan vara så ofullständig att den blir vilseledande”, heter det i tidskriften The Economist.

Detta ger oss ännu en gåta att fundera över.

Vad är egentligen minnen?

Minnet — ”det kanske mest exceptionella fenomenet i den fysiska världen”, enligt professor Richard F. Thompson — omfattar flera olika funktioner i hjärnan. De flesta som studerar hjärnan delar upp minnet i två slag: deklarativt minne och procedurminne. Procedurminnet omfattar färdigheter och vanor som är inlärda. Det deklarativa minnet, däremot, innefattar lagring av fakta. I boken The Brain—A Neuroscience Primer delas minnesprocesserna upp efter hur lång tid de tar: det mycket korta korttidsminnet, som varar ungefär 100 millisekunder; korttidsminnet, som har en varaktighet på några sekunder; arbetsminnet, som lagrar nyligen gjorda erfarenheter; och långtidsminnet, som lagrar verbalt material och motoriska färdigheter som har blivit inlärda.

En möjlig förklaring av långtidsminnet är att det börjar med aktivitet i hjärnans främre del. Den information som väljs ut för långtidsminnet går som en elektrisk impuls till en del av hjärnan som heter hippocampus. En process som kallas långtidsförstärkning förbättrar här nervcellernas förmåga att sända meddelanden. — Se rutan ”Överbryggar klyftan”.

En annan teori om minnet härrör från tanken att hjärnvågor spelar en viktig roll. Dess förespråkare tror att elektriska svängningsrörelser i hjärnan, ungefär som trumslag, hjälper till att koppla samman minnen och kontrollera det moment då olika hjärnceller aktiveras.

Forskarna tror att hjärnan lagrar detaljer av minnena på olika platser i hjärnan och att varje tanke är knuten till det område i hjärnan som är specialiserat på att ta emot det slaget av begrepp. Det finns vissa delar av hjärnan som man med säkerhet vet har med minnet att göra. Amygdala, en liten mandelformad bunt nervceller nära hjärnstammen, behandlar minnen förknippade med rädsla. De basala ganglierna är inriktade på vanor och fysiska färdigheter, och lillhjärnan, i den undre delen av hjärnan, koncentrerar sig på inlärda rörelser och reflexer. Det är här man tror att vi har vår balansförmåga — som vi behöver för att till exempel kunna cykla.

Vid vår korta genomgång av hur hjärnan fungerar har vi inte kunnat ta med alla detaljer om andra fantastiska funktioner, till exempel hjärnans förmåga att hålla tiden och att lära sig språk, dess komplicerade motoriska förmågor, dess sätt att styra kroppens nervsystem och viktiga organ och dess förmåga att klara av smärta. Dessutom återstår ännu att komma underfund med de kemiska substanser som förbinder hjärnan med immunsystemet. ”Det är så otroligt komplicerat”, konstaterar neurologen David Felten, ”att man undrar om det finns hopp om att någonsin kunna förstå det.”

Även om många av hjärnans mysterier förblir olösta, har vi tack vare detta märkliga organ förmågan att tänka, att meditera och att påminna oss det vi redan har lärt oss. Men hur kan vi använda vår hjärna på bästa sätt? Den avslutande artikeln i vår serie ger svar på detta.

[Ruta/Bild på sidan 8]

ÖVERBRYGGAR KLYFTAN

När en nervcell stimuleras, sänds en nervimpuls längs nervcellens axon. Impulsen når axonets lökformade ändparti, och små klot (synaptiska vesiklar), som vart och ett innehåller tusentals neurotransmittormolekyler, smälter samman med ändpartiets yta (det presynaptiska membranet) och tömmer ut sitt innehåll i den synaptiska spalten.

Genom ett komplicerat system med ”nycklar” och ”lås” ”öppnar” och ”stänger” neurotransmittorerna receptorer i den närmaste nervcellen. Detta leder till att elektriskt laddade partiklar strömmar in i mottagarcellen och orsakar ytterligare kemiska förändringar som antingen startar en elektrisk impuls där eller hämmar ytterligare elektrisk aktivitet.

Ett fenomen som heter långtidsförstärkning uppstår när nervcellerna regelbundet stimuleras och frigör neurotransmittorer i synapsen. En del forskare tror att detta drar nervcellerna närmare varandra. Andra menar att det finns bevis för att ett budskap matas tillbaka från mottagarcellen till avsändarcellen. Detta i sin tur ger upphov åt kemiska förändringar så att ännu fler proteiner bildas, vilka tjänar som neurotransmittorer. Dessa stärker sedan banden mellan nervcellerna.

De föränderliga förbindelserna i hjärnan, dess formbarhet, har gett upphov åt följande motto angående hjärnan: ”Tränas bör den, annars dör den.” Om det är någonting du vill komma ihåg, är det således bra att du tänker ofta på det du vill minnas.

Axon

En signalbärande fiber som förbinder nervceller med varandra

Dendriter

Korta, rikt förgrenade utskott som förbinder nervceller med varandra

Neuriter

Tentakelliknande utskott från nervcellen. Det finns två huvudtyper — axoner och dendriter

Neuroner

Nervceller. Hjärnan har mellan 10 miljarder och 100 miljarder nervceller, och ”var och en står i förbindelse med hundratals, ibland tusentals, andra celler”

Neurotransmittorer

Kemiska substanser som leder en nervsignal över den så kallade synaptiska spalten mellan en avsändande nervcell och en mottagarcell

Synaps

Spalten eller klyftan mellan en avsändande nervcell och en mottagarcell

[Bildkällor]

Uppgifterna är hämtade från boken Hjärnans mysterier, redigerad av professor Susan A. Greenfield, 1996

CNRI/Science Photo Library/PR

[Ruta/Bilder på sidan 9]

MÄNNISKANS UNIKA FÖRMÅGOR

Särskilda områden i hjärnan som kallas talcentra utrustar människor med fantastiska förmågor att kommunicera. Det vi önskar säga tycks organiseras från ett område i den vänstra hjärnhalvan som kallas Wernickes centrum 1). Detta står i förbindelse med Brocas centrum 2), som tillämpar grammatiska regler. Impulser når sedan närliggande motoriska områden som kontrollerar ansiktsmusklerna och hjälper oss att uttrycka oss på rätt sätt. Dessutom står dessa områden i förbindelse med hjärnans syncentrum, som gör att vi kan läsa, med hörselsystemet, som gör att vi kan höra, förstå och svara på det andra säger oss, och, inte att förglömma, med vår minnesbank, där viktiga tankar lagras. I broschyren Journey to the Centres of the Brain heter det: ”Det som framför allt skiljer människan från andra djur är att människor kan lära sig en förvånansvärd mängd färdigheter, fakta och regler, inte bara om fysiska ting i deras omvärld, utan i synnerhet om andra människor och hur de fungerar.”

[Bild på sidan 7]

Olika områden i hjärnan behandlar färg, form, konturer, mönster och rörelser

[Bildkälla]

Parks Canada/J. N. Flynn