En analys av hur hjärnan tolkar information från en virtuell beröringsupplevelse, skapad av en fingerprotes med konstgjord känsel, blev – helt oväntat – en ny metod för att mäta hjärnans hälsa. Resultatet är ett samarbete mellan svenska och italienska forskare.
– Vi har kunnat mäta samarbetet mellan nätverk av nervceller på ett mycket exakt och detaljerat sätt. Vi kan också se hur hela nätverket ändras när ny information kommer in, säger neuroforskaren Henrik Jörntell från Lunds universitet.
Samarbetet har skett mellan forskare i Lund som intresserar sig för hjärnans funktion och neurologiska sjukdomar, och forskare vid Sant’ Anna School of Advanced Studies i Pisa som studerar avancerade proteser som kan ge känselsignaler till hjärnan.
Hjärnans funktion byggs upp av komplicerade nätverk av nervceller. Vid neurologiska sjukdomar som Alzheimers, stroke och Parkinsons förändras funktionen i dessa nätverk. Exakt vad det är som händer har dock varit svårt att studera, och olika behandlingar har varit svåra att utvärdera.
Fingerprotes gav ett mönster av signaler
Den metod som de svenska och italienska forskarna utvecklat kan innebära ett stort steg framåt i detta avseende. Metoden utgår här från en fingerprotes med syntetisk känsel.
Protesen har fått beröra olika objekt, vilket gett upphov till olika mönster av elektriska signaler. Dessa har sedan matats in mot en del av tassen på en sövd råtta, varpå man med hjälp av elektroder i hjärnan och avancerad analysteknik kunnat mäta reaktionerna i nervcellernas nätverk. Reaktionerna har kunnat registreras på ett mycket högupplöst sätt, eftersom de elektriska signalerna varit noga kontrollerade och därmed kunnat matas in flera gånger utan att ändras.
– Om man använder verkliga beröringsupplevelser kan man inte få samma förutsättningar varje gång. Det räcker till exempel med att det stimulus som ger beröringskänslan flyttas ett tiotal mikrometer över huden för att nervcellsmönstren ska bli helt annorlunda, säger Henrik Jörntell.
Varje nervcell skickar stora mängder information
Forskarna kunde bland annat se att varje nervcell vidarebefordrade mycket mer information än man tidigare trott vara möjligt. De fann också att nervcellerna är beroende av samarbete för att avgöra vilken beröringsupplevelsen var – det var inte bara enskilda nervceller utan hela nätverket som ändrade sina signaler när ny information inkom.
För den italienska gruppen, och alla andra som forskar om avancerade proteser, ger metoden ett nytt verktyg för att utforska de känselupplevelser proteserna kan ge. För lundaforskarna ger den ett verktyg för att studera samarbetet mellan nervceller i en frisk hjärna och i djurmodeller av neurologiska sjukdomar. Att samarbetet handlar om känselsinnet har i detta sammanhang mindre betydelse – vid neurologiska sjukdomar (och även om skadan är lokal, som vid stroke) störs hela nervcellsnätverket. Hjärnans svar på känselintryck kan därför avspegla hela hjärnans hälsa.
– Verktyget är unikt i sin upplösning, sin möjlighet att göra om försöken på exakt samma sätt, och i att det som händer i hjärnan kan mätas objektivt och precist, menar Henrik Jörntell. Han förbereder nu försök med friska personer, vars nervcellsnätverk ska studeras inte med elektroder inuti hjärnan utan med ett stort antal elektroder placerade på utsidan av huvudet. Målet är att överföra metoden till en objektiv analys av hjärnans hälsotillstånd i patienter med neurologisk sjukdom.
Fotnot: Det svensk-italienska samarbetet har finansierats bl.a. av italienska utrikesministeriet, svenska Vetenskapsrådet och Hjärnfonden.
Publikationen: ”Artificial spatiotemporal touch inputs reveal complementary decoding in neocortical neurons” (Calogero M. Oddo, Alberto Mazzoni, Anton Spanne, Jonas M.D. Enander, Hannes Mogensen, Fredrik Bengtsson, Domenico Camboni, Silvestro Micera, Henrik Jörntell). Scientific Reports, online 4 april 2017, doi:10.1038/srep45898
För mer information:
Henrik Jörntell, docent i neurovetenskap, Institutionen för experimentell medicinsk vetenskap vid Lunds universitet, tel 046-46-222 77 64, henrik.jorntell@med.lu.se
