KTH-forskare utvecklar nobelprisad hjärnforskning

Genom upptäckten av nervcellerna bakom vår hjärnas positioneringssystem har årets nobelpristagare i medicin/fysiologi öppnat dörrar till en djupare förståelse av hur specialiserade celler arbetar tillsammans för att möliggöra högre kognitiva funktioner, som att hålla reda på var man är. En vetenskapsman som vet att uppskatta deras prestation är Erik Fransén, forskare inom beräkningsbaserad neurovetenskap och neurofarmakologi vid KTH, som har undersökt egenskaperna hos hjärnans rutnäts- och platsceller.

Erik Fransén är en av fyra forskare som under 2007 gemensamt publicerade en hypotes i vetenskapstidskriften Science som förklarar hur rutnätsceller får sina egenskaper. I en annan artikel har han och hans forskarkollegor kopplat dessa egenskaper till minnet, vilket är en annan viktig funktion som entorhinalkortex upprätthåller tillsammans med hippocampus.

Erik Fransén menar att upptäckterna som gjorts av John O'Keefe, May-Britt Moser och Edvard Moser är viktiga eftersom de ger oss exempel på hur hjärnan tolkar vår plats i världen.

– Detta är en stor fråga: hur hjärnan producerar en intern modell av världen och hur koden för detta ser ut, säger Erik Fransén.

Se Erik Fransén berätta om hjärnans förmågor i Crosstalks.

Genom dessa studier har forskarna "löst ett problem som filosofer och vetenskapsmän har funderat på i århundraden: hur hjärnan skapar en karta över det rum som omger oss och hur kan vi navigera i en komplex miljö”, sade Karolinska Institutet i Stockholm - som utser pristagarna – i sin motivering.

En platscell avfyrar sina nervimpulser när ett djur är på en viss plats, förklarar Erik Fransén. Detta läge kallas för neuronens "platsfält”. Neuronen avkodar också om djuret rör sig mot eller bort från platsfältet. Rutnätscellerna – som ingår i en slags navigeringskarta - skickar nervimpulser när djuret befinner sig på någon av platserna i nätet.

– Om du drar en linje mellan tre sådana närliggande platser bildas en perfekt liksidig triangel. Det ser ut som ett triangulärt koordinatsystem. I ena änden av entorhinalkortex är avståndet mellan positionerna små, och när man observerar cellerna i andra änden av hjärnområdet är avståndet stort, förklarar Erik Fransén.

– I delen av området med de stora avstånden finns övergripande information om var du är; och i den andra änden finns mer precis information om din position.

Upptäckten har lagt grunden för undersökningar av andra frågeställningar, som exempelvis vad som avgör avståndet mellan platserna i rutnätet. I sin forskning har Fransén och hans kollegor funnit - i motsats till rådande uppfattning att detta har sin grund i samspelet mellan miljontals nervceller i entorhinalkortex – att egenskaperna hos neuronerna själva förändras från den ena änden av entorhinalkortex till den andra.

Fransén och hans forskarkollegor tror att detta beror på en egenskap hos en viss typ av jonkanal, en av neuronens viktigaste byggstenar. Genom att använda datorstödda beräkningsmodeller för hur biofysiken i nervcellerna fungerar har de visat hur en speciellt egenskap hos jonkanalen gör att en neuron kan interagera med andra nervceller på ett unikt sätt

– I modellen kopplar vi ihop neuroner, både plats- och rutnätsceller, enligt anatomiska data från hippocampus och entorhinalkortex. När vi använde data från en studie av pristagarna Moser & Moser för hur en råtta flyttar sig skapade modellen samma rutnätscellsaktivitet som hos den levande råttan, förklarar Erik Fransén.

– På detta sätt gjorde modellen det möjligt för oss att koppla ihop data från olika experiment och att studera hur molekylära egenskaper påverkar nervcellens aktivitet och därigenom effekter på djurs beteende.

Tillsammans med kollegor gjorde Erik Fransén under 2009 en studie som tog modellen ett steg längre. De kopplade egenskaper hos rutnätscellerna till data från inlärnings- och minnesexperiment. Den modell av hjärnan de skapade visade hur neurala nätverk som gav upphov till rutnätscells-verksamhet också kunde producera neural aktivitet som liknar motsvarande aktivitet hos djur under och efter inlärningen, samt när djuret

sover och hjärnan bearbetar det djuret nyss lärt sig.

– Databaserade modeller har blivit oumbärliga verktyg för att testa hypoteser om hjärnans funktion, säger Erik Fransén.

Text: David Callahan