Han kartlägger aktiviteten i hjärnans egen växelcentral

I en del av hjärnan som kallas basala ganglierna sker en blixtsnabb analys av information som ser till att våra kroppsrörelser och sinnesintryck blir rätt. Gilad Silberberg forskar om hur hjärnan organiserar denna process. Störningar i systemet kopplas till en rad olika sjukdomar, bland annat Parkinsons sjukdom.

Gilad Silberberg

Professor i neurofysiologi

Wallenberg Academy Fellow 2012

Lärosäte:
Karolinska Institutet

Forskningsområde:
Strukturella och funktionella egenskaper hos neocortex och de basala ganglierna i hjärnan och kartläggning av nervcellernas aktivitet och interaktion i små neurala nätverk.

Det pågår ständigt en livlig aktivitet i hjärnans nätverk av neuroner. Olika typer av nervceller kommunicerar med varandra i ett avancerat samspel – om vi så bara ska ta en tugga av ett äpple eller vicka på tån. Hjärnan hämtar in intryck från alla sinnen, från vår egen kropp och från det omgivande rummet, säger Gilad Silberberg.

– Människan fattar beslut och överför information mellan olika hjärnregioner på millisekunder. Och vi kan både reagera, svara och fatta beslut parallellt. Det är en oerhört komplex logik som vi behöver lära oss mer om.

Enorma mängder inkommande information bearbetas i en struktur i basala ganglierna som kallas striatum. Striatum fungerar som en sorts växelcentral i hjärnan där allt sker automatiskt och i normalfallet utan att vi reflekterar över det.

– De flesta hjärnforskare är i grunden intresserade av att förstå två allmänna funktioner: hur vi bearbetar sensorisk information och hur vi genererar beteende. Dessa funktioner studeras i alla delar av hjärnan, men vi har valt att fokusera på en specifik region, de basala ganglierna. Tidigare har de framför allt utforskats i förhållande till motoriska funktioner, och vi strävar efter att integrera kunskap om den sensoriska processen.

De basala ganglierna är fortfarande relativt outforskade. En förklaring är otillgängligheten. Området ligger djupt inne i hjärnan, i främre nedre delen av storhjärnan under hjärnbarken.

– Forskningen har länge varit inriktad på högre hjärnfunktioner och ägnat mindre tid åt de underliggande nätverken. Men på senare år har vi kunnat börja täppa till den luckan.

Som instrument i en symfoniorkester

I hjärnan finns över hundra miljarder nervceller som bildar olika små nätverk. Nervcellerna har speciella egenskaper och unika funktioner. En symfoniorkester kan användas som en liknelse. Cellerna spelar samma musikstycke, men precis som i en symfoniorkester i form av olika instrument och i skilda stämmor. Silberberg vill förstå hur neuronerna bär sig åt för att på ett enhetligt sätt framföra musiken.

– Vi måste alltså försöka förstå uppgiften hos varje enskilt instrument i den stora orkestern.

Nu finns teknik och metoder för att studera nervceller och deras aktivitet. Frågorna är många. Vilka celler pratar med varandra och vilka gör det inte? Vilka celler arbetar med höga frekvenser och vilka har låga? Vilka celler hämmar signaler och tystar ned sina grannar, och vilka stimulerar andra celler och släpper fram information i nervbanorna?

Ledtrådar kommer hela tiden. I en rad studier mellan 2014 och 2020 har Silberberg och hans kollegor publicerat nya rön om striatum. Det visar sig att de elektriska signalerna från höger och vänster sida av kroppen skiljer sig åt och att det är en specifik typ av nervceller i striatum som integrerar sinnesintrycken från de båda sidorna.

Metoden som används kallas patch-clamp och gör det möjligt att registrera kontaktöverföringen mellan två nervceller – det som kallas synapserna. Forskarna studerar hjärnaktiviteten hos möss och undersöker reaktionerna när morrhåren berörs på båda sidor samt när de får en visuell stimulering.

Resultaten visar också att en speciell undergrupp av nervceller i den mellersta delen av striatum ansvarar för att integrera olika sensoriska intryck, som beröring och ljus. En ny förståelse av de basala ganglierna börjar ta form.

– Det blir allt tydligare hur de motoriska och sensoriska funktionerna är starkt sammankopplade i den här delen av hjärnan.

Nya rön om Parkinsons sjukdom

Ibland inträffar störningar i de basala ganglierna som kan knytas till sjukdomar och funktionsnedsättningar. Parkinsons sjukdom är det mest kända exemplet, men även Huntingtons sjukdom, Tourettes syndrom och ADHD.

För hjärnan är det av största vikt att kunna sortera mellan intryck som kommer från höger respektive vänster sida. Silberberg har visat att just denna funktion är nedsatt hos personer med Parkinsons sjukdom.

Orsaken är lägre nivåer av signalsubstansen dopamin, som spelar en viktig roll som neuromodulator i de basala ganglierna. Brist på dopamin leder till att nervceller som normalt är experter på att skilja på information från höger och vänster sida tappar delar av förmågan. Det kan i sin tur leda till att hjärnan blir sämre på att tolka sensoriska intryck.

Fyndet är intressant – inte minst för att det ger en helt ny möjlighet till tidig upptäckt av Parkinsons sjukdom.

– Vi förstår nu att parkinsonpatienter kan drabbas av sensoriska underskott flera år innan de påverkas av störningar i motoriken.

”Wallenberg Academy Fellow är ett generöst anslag som ofta når forskare vid precis rätt tidpunkt – när man är som mest produktiv och kreativ, men också som mest beroende av stöd. Nätverket av Fellows är en annan styrka och kontakterna har lett fram till nya samarbeten.”

I ett samarbete med Johan Lundström – också Wallenberg Academy Fellow – undersöker Silberberg om ett försämrat luktsinne även kan användas för att ställa tidig diagnos på Parkinsons sjukdom.

Visionen är att fortsätta med den nyfikenhetsdrivna forskningen, men Silberberg vill också att hans forskningsresultat ska omsättas i medicinsk nytta.

– Vi har bidragit med ny kunskap om Parkinsons sjukdom och jag hoppas att vårt engagemang inom translationell forskning ska bli än större i framtiden. Många av de rön som leder fram till bättre behandlingar kommer från forskning om grundläggande funktioner.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Matthijs C. Dorst, Gilad Silberberg