När man pratar om att simulera hjärnan betyder det att göra en datormodell. Men i verkligheten är inte hjärnan ett organ som kan isoleras från resten av kroppen. Hjärnan är ett av de komplexa och adaptiva system som våra kroppar består av och som tillsammans gör oss till hela personer.

Det faktum att hjärnan finns inuti våra kroppar är något som vi inte kan ignorera i försöken att simulera en realistisk hjärna. Idag publicerar två forskare från EU-flaggskeppsprojekt ”Human Brain Project” en artikel i Neuron. Kathinka Evers, filosof från Uppsala universitets Centrum för forsknings- & bioetik (CRB) och Yadin Dudal, neurovetare från Weizmann Institute of Science (WIS), tar upp frågor som väcks när projektet försöker simulera den mänskliga hjärnan och diskuterar målet med simuleringen. Enligt dem handlar det i stora drag om förståelse. Men frågan är vad förståelse betyder inom neurovetenskap?

För de flesta naturvetare handlar förståelse om att kunna skapa en mental modell som gör det möjligt att förutsäga hur ett system beter sig under olika förutsättningar. Inom hjärnvetenskapen är sådan förståelse bara möjlig när det gäller ett begränsat antal ganska grundläggande funktioner. Men där, djupt inbäddad i våra kroppar, finns hjärnan. Den är alltid ett resultat av vad individen varit med om fram till det ögonblick vi försöker skapa oss en bild av den. Därför anser författarna att vi måste ta hänsyn till den här ”erfarna hjärnan” när vi försöker oss på en simulering.  

Kathinka Evers leder den del av Human Brain Project som handlar om etik och samhälle. Enligt henne blir simuleringen väldigt begränsad om man väljer att inte ta med hjärnas ”erfarenheter”. Men, säger hon, om vi ska inkludera erfarenhet behöver vi simulera situationer från det verkliga livet:

– Det är en gigantisk uppgift. En stor del av den erfarenhet som vi skulle behöva återskapa handlar om hjärnas interaktion med resten av den mänskliga kroppen, som i sin tur existerar och interagerar i en ännu större social kontext, säger Kathinka Evers.

Inom neurovetenskapen finns det redan simuleringar av ett antal specifika system. De används för att komplettera andra verktyg som forskarna använder. Men vad kan man vänta sig om man försöker simulera hela hjärnan?

Det finns en del varningar att utfärda här. Enligt Kathinka Evers och Yadin Dudal är vår kunskap fortfarande ganska begränsad idag. Det finns många neurovetare som tycker det är för tidigt att göra storskaliga simuleringar. Ett annat problem handlar om ifall vi verkligen kan förstå vad det är vi är på väg att försöka bygga. Det finns också en del tekniska begränsningar: Det finns helt enkelt inte tillräckligt mycket datorkraft tillgänglig idag.

Men om vi ändå lyckas simulera hjärnan, betyder det att i så fall att vi har skapat ett artificiellt medvetande? Och kan en dator över huvud taget vara medveten? Enligt Kathinka Evers och Yadin Dudal beror svaret på den frågan på om vad vi anser att medvetande är: Om medvetande är ett resultat av en viss sorts organisation eller funktion av biologiskt material (som till exempel cellerna i våra kroppar) så kan en dator aldrig bli medveten. Men om det bara handlar om organisation, utan biologiskt material, så skulle svaret kunna bli jakande. Men enligt författarna är det fortfarande ett väldigt hypotetiskt antagande.

FAKTA
Om Human Brain Project:Båda författarna ingår I Human Brain Project (HBP), ett flaggskeppsprojekt från EU som försöker simulera den mänskliga hjärnan. Målet med HBP är att bygga en helt ny ICT-infrastruktur för neurovetenskapen och för hjärnrelaterad forskning i medicin och datorvetenskap. Projektet är katalysator för ett globalt försök att förstå den mänskliga hjärnan, dess sjukdomar och ska försöka efterlikna hjärnans förmåga att göra beräkningar.

Dudai et al.: ”To Simulate or not to Simulate: What are the questions?”, Neuron – October 22, 2014 issue

Hårt arbete i solhettan i tropiska länder orsakar ofta undervätskning, dehydrering, och negativa hälsoeffekter. Enligt de studier som Jennifer Crowe, doktorand vid enheten för epidemiologi global hälsa, har genomfört bland sockerrörsarbetare i Costa Rica har många regelbundna problem med huvudvärk, hög puls, feber, illamående, andningssvårigheter och yrsel under skördetiden.

Urinprover som har tagits före och efter arbetsskiften visar att dehydrering är vanligt bland skördearbetarna. Många uppvisar också tecken på potentiell njurskada eftersom urinproverna bland annat innehåller proteiner, samt röda och vita blodkroppar.

– Resultaten påvisar oroväckande hälsoproblem bland män som skördar sockerrör. De har ett hårt arbete, vilket kombineras med höga temperaturer och ett lågt vätskeintag, vilket gör att många blir sjuka och även riskerar att drabbas av riktigt allvarliga tillstånd, som exempelvis stroke, säger Jennifer Crowe, anställd vid det nationella universitetet i Costa Rica, som har genomfört studien som en del av sitt avhandlingsarbete vid enheten för epidemiologi och global hälsa, Umeå universitet.  

I en av sina studier har hon beräknat arbetarnas energiåtgång vid sockerrörsskörd och hon har även undersökt vid vilken lufttemperatur gränsen går för att arbetarna ska riskera att bli överhettade, eller drabbas av en potentiellt livshotande sjukdom. Jennifer Crowe har även genomfört mätningar av lufttemperaturer ute på sockerrörsfält och hon konstaterar i avhandlingen att temperaturgränsen ofta uppnås redan vid åttatiden på morgonen, vilket innebär en ökad risk för allvarliga hälsoeffekter under resten av arbetspasset.

Hon anser vidare att lantarbetare i tropiska länder har en ökad risk att drabbas av hälsorelaterade komplikationer relaterade till sitt arbete och att risken förväntas öka ytterligare i takt med de pågående klimatförändringarna. Sockerrörsskörd i Costa Rica genomförs huvudsakligen genom att sockerrören skärs loss från plantan med machete och arbetet genomförs av arbetare, inte sällan fattiga invandrare, som har dåliga anställningsförhållanden. Sockerrörsarbetarna drabbas ofta av en kronisk njursjukdom, som sannolikt är relaterad till deras arbetsförhållanden.

Enligt Jennifer Crowe visar studieresultaten att det finns ett akut behov av att förbättra sockerrörsarbetarnas arbetsförhållanden och resultaten är också betydelsefulla för att forskare bättre ska kunna förstå förekomsten av olika njursjukdomar, både i Centralamerika och andra delar av världen.<br />– Avhandlingen visar varför den hetta som sockerrörsarbetarna utsätts för under arbetet är en viktig fråga, och den bidrar också till förståelsen av de negativa hälsoeffekter som värmen bär med sig. Förhoppningen är att de data som vi presenterar ska leda till rättvisa och anständiga arbetsförhållanden och en förbättrad hälsa för sockerrörsodlare, både i dag och i framtiden, med tanke på de pågående klimatförändringarna, säger Jennifer Crowe.

Avhandlingen är publicerad digitalt

FAKTA
Jennifer Crowe kommer från Eureka, Illinois, USA och bor i Atenas, Costa Rica. Hon är anställd vid det nationella universitetet i Costa Rica och är doktorand vid Institutionen för epidemiologi och global hälsa, Umeå universitet.

Om avhandlingen: Fredagen den 24 oktober försvarar Jennifer Crowe, institutionen för folkhälsa och klinisk medicin, sin avhandling med titeln: Värmeexponering och hälsoutfall bland Costa Ricanska sockerrörsskördare (Engelsk titel: Heat exposure and health outcomes in Costa Rican sugarcane harvesters.) Opponent: Professor Linda Forst, Environmental and Occupational Health Sciences, School of Public Health, University of Illinois at Chicago, USA. Huvudhandledare: Maria Nilsson. Disputationen äger rum kl. 09.00, vid Norrlands universitetssjukhus, Sal 135, Allmänmedicin.

Studien, som publiceras i den vetenskapliga tidskriften New England Journal of Medicine (NEJM), innehåller detaljerade kliniska data som bidrar till ökad kunskap om hur ebola kan behandlas med befintliga behandlingsstrategier.

Den 36-årige patienten fick virussjukdomen ebola i Sierra Leone, där han arbetade som epidemiolog för WHO. Han flögs till en isoleringsenhet vid University Medical Center Hamburg-Eppendorf (UKE) i Tyskland. Under sjukdomstiden fick patienten flera komplikationer, bland annat blodförgiftning (sepsis), problem med magtarmkanalen, svåra andningssvårigheter och hjärnpåverkan med förändrad mental status och hallucinationer. En infektion ledde till svår sjukdom när virusmängden redan börjat sjunka, vilket tyder på att efterföljande bakterieinfektioner och blodförgiftning kan vara en viktig dödsorsak i det pågående ebolautbrottet i Afrika.

– Det här fallet är ett väldokumenterat exempel på ”konventionell” intensivvårdsbehandling, koordinerad av Marylyn Addo och Stefan Schmiedel och deras grupper, som räddade patienten. Såvitt jag vet är det här det bäst dokumenterade fallet med mycket kliniska data och detaljer om behandling av en patient som drabbats av ebola under det nya utbrottet, säger Thomas Renné vid institutionen för molekylär medicin och kirurgi vid Karolinska Institutet, även verksam vid Institute for Clinical Chemistry and Laboratory Medicine vid UKE, vars forskargrupp deltog i arbetet med laboratoriediagnostiken.

Studien beskriver hur mängden viruspartiklar och virus-RNA i blod, saliv, urin och andra kroppsvätskor förändrades över tid. Fallstudien visar också hur en stor uppsättning kliniska värden utvecklades för varje dag. Patienten behandlades med rutinintensivvård, så som rehydrering för att häva uttorkningen, antibiotika och andningshjälp. Till slut återhämtade sig patienten och kunde lämna sjukhuset fullt frisk. Forskarna drar slutsatsen att svår ebolasjukdom kan behandlas framgångsrikt med vanlig intensivvård även utan nya ebolaspecifika behandlingar.

Den nuvarande ebolaepidemin är den största hittills och har lett till ett kritiskt läge för sjukvården i den drabbade regionen. Situationen har förvärrats av att sjukvårdspersonal insjuknar i stor utsträckning. Flera internationella sjukvårdsarbetare har evakuerats till specialiserade inrättningar i Europa och USA.

– Den här kostsamma och arbetsintensiva vården krävs för att säkerställa bästa möjliga behandling för dem som smittas medan de bekämpar sjukdomen, säger Thomas Renné.

FAKTA
Publikation: “A Case of Severe Ebola Virus Infection Complicated by Gram-Negative Septicemia”, Benno Kreuels, Dominic Wichmann, Petra Emmerich, Jonas Schmidt-Chanasit, Geraldine de Heer, Stefan Kluge, Abdourahmane Sow, Thomas Renné, Stephan Gunther, Ansgar W. Lohse, Marylyn M. Addo, and Stefan Schmiedel, NEJM, online 22 October 2014, doi: 10.1056/NEJMbr1411677.

Länk till New England Journal of Medicine

Forskarlaget, som letts av Niklas Dahl, professor och överläkare i klinisk genetik, har studerat ett sällsynt och medfött tillstånd som innebär total avsaknad av svettförmåga (anhidros) och kunde identifiera den bakomliggande genmutationen. Uppföljande studier på svettkörtlar hos människa och mus visade att den specifika jonkanalen, InsP3R2, som kodas av den muterade genen, behövs för att svettsekretionen skall starta.

Genom att svettas regleras kroppstemperaturen vilket skyddar oss mot överhettning vid till exempel fysisk aktivitet eller feber. Oförmåga att svettas är inte bara obekvämt utan leder lätt till medvetslöshet och kan vara dödligt. Människan är den djurart som har flest svettkörtlar och därmed i särklass störst förmåga att sänka kroppstemperaturen. Därför har också människan en uthållighet vid fysisk aktivitet som saknar motstycke bland landlevande djur. Svettkörtlarna, i kombination med att vi saknar päls, gav våra förfäder förmåga att förflytta sig under långa pass, till exempel vid jakt eller flykt.

Idag är det vanligaste svett-relaterade problemet att man svettas för mycket (hyperhidros). Två procent av befolkningen lider av lokal och ofysiologisk svettning från till exempel händer, fötter och armhålor.

– Utifrån våra fynd arbetar vi nu på att utveckla en substans som specifikt hämmar bildningen av InsP3R2 och som därmed skulle kunna användas i medicinskt syfte för att minska oönskad och sjuklig svettproduktion hos dessa patienter, säger Niklas Dahl.

FAKTA
Forskargruppen har i studien samarbetat med prof. Shahid M, Baig, National Institute of Biotechnology, Faisalabad, Pakistan och prof. Katsuhiko Mikoshiba, RIKEN Brain Institute, Saitama, Japan.

Resultaten publiceras i Journal of Clinical Investigation. Klar J et al. InsP3R2 mutations cause anhidrosis in humans and hypohidrosis in mice, Journal of Clinical Investigation, 2014 Oct 20, doi: 10.1172/JCI70720.