Mikrokretsar kopplar ihop information från olika sinnen. Paolo Medini undersöker hur de samarbetar och kommunicerar med motoriken för att styra våra rörelser. Han tror att den medicinska forskningen kan revolutioneras av ny kunskap om hjärnans sambandssystem.
Projektanslag 2014
The brain microcircuits integrating information from several senses
Huvudsökande:
Paolo Medini, doktor i neurobiologi
Medsökande:
Anna Berghard
Karolinska Institutet
Gilad Silberberg
Lärosäte:
Umeå universitet
Beviljat anslag:
29,3 miljoner kronor under fem år
För att vi ska kunna uppleva det vi ser och hör på samma gång – till exempel en telefon som ringer – måste hjärnan samordna information från två olika håll. Multisensorisk integrering kallas processen, som Paolo Medini undersöker med ett anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.
– Vi vet inte än hur den multisensoriska integreringen fungerar. Vi saknar en kunskap av fundamental betydelse för medicinområdet, säger Paolo Medini.
Sinnesintryck samordnas i hjärnan
Syn, hörsel, lukt, smak och känsel stimuleras av omvärlden på olika sätt.
Synen är ett resultat av förmågan att urskilja elektromagnetisk strålning, och hörseln aktiveras av ljudvågor. Receptorer på tungan hjälper oss att uppleva hur något smakar, medan dofter fångas upp av receptorer i näsan. Känseln reagerar på beröring, tryck eller slag mot huden.
Alla dessa intryck förmedlas till olika områden i hjärnan för att bearbetas. Synen i den bakre delen av storhjärnan, hörseln i hjärnans kortikala centra, känslor i den övre delen av hjärnstammen.
Varje hjärnområde består av olika klasser av nervceller, som är sammankopplade i mikrokretsar. För att vi ska kunna kombinera två eller flera sinnesupplevelser måste informationen behandlas i speciella områden för multisensorisk integrering.
Om vi tänker på ett äpple aktiveras det visuella minnet och vi ser framför oss en särskild form och färg. Men vi kommer också ihåg hur det känns att hålla äpplet i handen. Vi minns tyngden, konsistensen, och ljudet som uppstår när vi tar en tugga. Och smaken, doften – de kemikaliska sensationer som aktiveras i munnen och näsan.
– All denna information från olika sinnen kombineras och lagras i minnet i vår hjärna, förklarar Paolo Medini.
Hjärnan styr våra handlingar
Paolo Medini och hans forskarkolleger studerar inte bara hur mikrokretsarna kommunicerar utan också hur de styr motoriken och talar om för oss hur vi ska agera i en viss situation.
Hjärnans mikrokretsar har förfinats av evolutionen. Under miljoner år av utveckling har rovdjuren lärt sig hur de ska röra sig tyst och osynligt för att överraska sina offer. På samma sätt har alla som hotas av rovdjur blivit duktiga på att uppfatta deras närvaro.
Information från olika sinnen får oss att reagera på kombinationen av till exempel skuggor och ljud. ”Om jag ser ett rovdjur till höger måste jag fly till vänster.”
– Överlevnad är det allra viktigaste för levande varelser. Det gäller både människor och djur, säger Paolo Medini.
I det nya projektet ska forskarna undersöka hur hjärnans mikrokretsar använder olika sinnen för att bygga upp våra minnen. På samma gång skapas vår personlighet.
– Människor som förlorar minnet förlorar också sin identitet, konstaterar Paolo Medini.
Forskarna ska också försöka ta reda på hur mikrokretsarna påverkas när en person förlorar ett sinne, till exempel blir blind eller döv.
– I sådana situationer kan hjärnans process få stöd av ett annat sinne för att få veta vilket motoriskt svar som är mest lämpligt, förklarar Paolo Medini.
Kan revolutionera medicinsk behandling
Paolo Medini tror att kunskapen om den multisensoriska integrationen kan få stor betydelse för medicinens framtid. Det räcker till exempel inte att transplantera stamceller som kan utvecklas till nervceller. Det måste också finnas kunskap om hur nervcellerna ska integreras.
– När vi har förstått hur de kommunicerar kan vi räkna ut nya strategier för att skapa fungerande mikrokretsar. Det måste finnas elektriska kopplingar mellan nervcellerna, förklarar Paolo Medini.
Han tror att kunskapen om mikrokretsarnas kontaktnät även kan revolutionera vården av patienter med neurologiska eller psykiatriska diagnoser.
– Jag hoppas kunna visa den vetenskapliga världen hur ord och känslor påverkar våra mikrokretsar, och hur vi kan modifiera dem genom att lära oss att uttrycka vad vi tänker och känner. Genom att tala förändrar vi kopplingarna i hjärnan, säger Paolo Medini.
Multidisciplinärt samarbete
Han är själv utbildad läkare och har biologer, matematiker, fysiker och ingenjörer i sin grupp. De arbetar i forskningslaboratorier med mycket avancerad utrustning.
– I dag är det möjligt att injicera fluorescerande färg i levande celler och titta på dem med mikroskop från utsidan av kroppen. En speciell laser lyser upp cellerna. Vi kombinerar alltså optiska tekniker med elektroniska för att övervaka celler utan att använda nålar.
Ännu finns dock ingen metod för att studera elektriciteten i levande nervceller.
– Jag hoppas att vi längre fram ska kunna mäta elektriciteten i olika delar av hjärnan på en individ under narkos. Det skulle innebära ett stort framsteg att få se nervceller i arbete, säger han.
Text Carin Mannberg-Zackari
Bild Magnus Bergström
