En klart lysande hjärna

Mannen pratade oavbrutet.
I ett till synes slumpvis flöde av tankar och associationer kom orden ut ur hans mun och bildade en obegriplig kedja av ljud. Humörsvängningarna var oerhörda, han ömsom skattade, ömsom grät. Av sin omvärld uppfattade han inte mycket. Men en sak var uppenbar. Mannen led svårt.
Karl Deisseroth var 27 år. Året var 1998.
– Där och då, i mötet med den här herren, övergav jag den plan jag dittills satt upp för mitt liv, säger han. Jag såg hans oerhörda lidande och det berörde mig djupt. Och på något sätt fann jag det även mycket intressant hur psykosen kom till uttryck, hur en hjärna kunde fungera så fundamentalt annorlunda. I det ögonblicket bestämde jag mig för att bli psykiater.
Sedan mötet med den psykotiske mannen har Karl Deisseroth seglat upp som en av de stora stjärnorna inom neurovetenskapen. I år är det tio år sedan han publicerade den artikel i Nature som skulle komma att markera startpunkten på ett av de allra hetaste områdena inom hjärnforskningen.
Optogenetiken – ofta omnämnd i Nobelprispekulationerna – är en metod för att med hjälp av ljus kontrollera aktiviteten hos enskilda nervceller eller nätverk av celler.
Optogenetikens metoder har gett ökade insikter i hur hjärnan reglerar allt från hunger, törst, andning och hjärtrytm, via medvetna rörelser och sinnesinformation till komplexa saker, som högre kognitiva funktioner och sociala beteenden.
På ett sätt som ingen tidigare teknik klarat av gör optogenetiken det möjligt att studera specifika processer i väl definierade grupper av celler, och att hitta de exakta orsakssambanden mellan aktiviteten i våra hjärnor och hur vi beter oss.
– Hjärnan är som ett universum. Här pågår ständiga processer i en sådan enorm omfattning, men i så små skalor att det är svårt att omfatta med intellektet. Ungefär som när man funderar på att rymden är oändlig. Vi behöver ett teleskop, exakta verktyg med rätt dimensioner, för att titta in i den och se vad som händer, säger Karl Deisseroth.

Det är en lågmäld och försynt 43-åring som jag möter. Absolut inte blyg, bara väldigt lugn. Karl Deisseroth är på ett av sina flera årliga besök i Sverige. Sedan 2014 är han adjungerad professor på institutionen för neurovetenskap vid Karolinska institutet.
Under ett par intensiva dagar ska han undervisa doktorander, träffa de forskare han samarbetar med i Sverige och hålla en öppen föreläsning i Karolinska institutets Aula medica.
Karl Deisseroth pratar långsamt och eftertänksamt, funderar innan han svarar på mina frågor.
– Det intressanta med psykisk sjukdom är att här har du en hjärna som i alla väsentliga avseenden fungerar som andra hjärnor. Det handlar inte om skadad vävnad eller ett organ som inte fungerar, som vid en hjärtattack. I den sjuka hjärnan är förändringarna oerhört små och subtila men de ger en oerhörd påverkan.

Historien om optogenetiken tar sin början 1971 då tyska forskare upptäckte hur bakterier använder det ljuskänsliga proteinet rodopsin för att omvandla ljus direkt till elektriska impulser i cellerna. Rodopsinet sätter igång aktionspotentialen – den process som gör att hjärnceller kommunicerar med varandra.
Så 1999 uppmanade en av dna-spiralens upptäckare – Nobelpristagaren Francis Crick – sina forskarkolleger att försöka hitta sätt att styra hjärnceller på levande försöksdjur med ljus. Tre år senare, 2002, lyckades Oxfordprofessorn Gero Miesenböck med just det. Genom att förse de nervceller som styr en fruktflugas flyktbeteende med rodopsiner fick han den att hoppa rakt upp i luften då han tände en lampa. Men det rodopsin som Gero Miesenböck hade tillgång till var svårarbetat. Att få in det i nervcellen var en komplicerad process. Och eftersom reaktionen var resultatet av flera olika proteiner som samverkade, tog det flera sekunder från det att cellerna exponerades för ljuset tills de reagerade.
Karl Deisseroths genombrott 2005 bestod i att han utvecklade en betydligt enklare teknik än den Gero Miesenböck använde. Med Karl Deisseroths metod går det numera att i realtid följa vad som händer i hjärnan på en glad, deprimerad, modig, psykotisk eller social mus. Ner på cellnivå. Med kunskapen om råtthjärnan hoppas han att vi bättre ska kunna bota psykisk sjukdom.
– Och gnagare är faktiskt väldigt lika oss människor. Fast mindre. En del är risktagare, andra är försiktiga och så vidare.

Karl Deisseroth föddes i en akademikerfamilj i Boston, USA. Mamman arbetade som lärare i kemi och fysik på ett college, pappan som läkare och cancerforskare. Det har beskrivits hur han redan som barn kunde memorera hela textsjok, bara genom att titta på en sida. Något av ett underbarn alltså?
– Nja, svarar han försiktigt. När jag gick i skolan fanns det i och för sig människor runt omkring mig som ville få mig att ta de här standardiserade testerna för intelligens. Men både jag och min familj försökte styra bort från det. Jag tycker nog inte att det är så meningsfullt.
Redan som 16-åring blev han erbjuden plats på prestigeuniversitetet Harvard, till en början med kreativt skrivande som inriktning. Litteratur var det första som slog an någonting hos honom, så mycket att han ville syssla med det professionellt. En anekdot beskriver hur han cyklade med en bok som han läste på styret och hur han följaktligen krockade med en bil.
– Jag har alltid varit intresserad av hur ord får mig att känna, hur de får andra att känna. Men när det var dags att välja huvudämne visade det sig att naturvetenskapen var det som verkligen tände den där gnistan i mig och slutligen valde jag biokemi.
Tjugo år gammal antogs han till Stanford universitys kombinerade läkar- och forskarutbildning. Planen var att bli neurokirurg.
– På Harvard hade jag tagit en kurs i maskinteknik som handlade om informationslagring och hur minnen kan lagras i synapser. Det fick mig att vilja förstå hur den mänskliga hjärnan fungerar.
Det var under den obligatoriska praktiken inom psykiatrin som Karl Deisseroth mötte den psykotiske mannen som ledde in honom på psykiatrin.

Som färdigutbildad psykiater och disputerad neuroforskare började Karl Deisseroth söka efter en postdok där han kunde förena sitt arbete som psykiater med forskning i bioteknik.
– År 2003 var det här en mycket ovanlig utbildningskombination. Jag sökte mig till institutionen för bioteknik vid Stanford. Ledningen där tyckte nog att det var ganska spännande att ha en praktiserande psykiater.

Det som frustrerade honom då och som fortfarande driver honom är att det saknas verklig kunskap om hjärnan för att förstå vad det är som orsakar sjukdomar som schizofreni, psykotiska tillstånd eller depressioner.
– Inom psykiatrin går det inte att ställa diagnos genom laboratorietester och många gånger upplever jag dessutom att de förklaringsmodeller som används vid sjukdomar är ganska otillfredsställande.
Men Karl Deisseroth hade följt experimenten med att kontrollera nervceller med hjälp av ljus. Han såg att tekniken hade en enorm potential, om vissa problem gick att lösa.

År 2004 fick han möjlighet att skapa en egen forskargrupp på Stanford för att testa sina idéer.
Genom att använda en nyupptäckt variant av rodopsin och smuggla in proteinet i nervcellen med hjälp av ett virus lyckades de få igång aktionspotentialen hos neuronerna med hjälp av blått ljus. Virusmetoden var skonsam mot nervcellerna, som är oerhört känsliga, och reaktionen på ljuset var omedelbar, utan någon som helst fördröjning. 2005 publicerades den första artikeln där de visade att man kunde få igång en omedelbar och precis reaktion hos odlade celler som exponerades. Året därpå fick tekniken namnet optogenetik.
– Tiden mellan 2004 och 2009 var en kämpig period. Projektet tog enormt mycket tid och mentala resurser i anspråk, både från mig och mina medarbetare, och det var ibland svårt att veta om det verkligen var värt allt arbete, säger Karl Deisseroth.
Tekniken accepterades inte av vissa forskare – många ifrågasatte den, undrade hur användbar den egentligen var. Faktum är att artikeln också först hade refuserats av tidskriften Science med hänvisning till att man inte kunde se den verkliga nyttan med tekniken.
– Och det var helt rimliga ifrågasättanden, enligt mig. Det var ju en massa frågetecken, till exempel om tekniken skulle gå att överföra in vivo, på levande djur. Men jag kände att jag var tvungen att försöka i alla fall.
Först så småningom blev det klart för Karl Deisseroth att han faktiskt hade lyckats.
– Det var en gradvis insikt. Jag fungerar som många andra och tycker sällan att det jag gör är gott nog. Kanske är jag osäker, jag vet inte. Så därför försöker jag alltid ta saker till nästa nivå och har svårt att luta mig tillbaka.
Och efter 2009 släppte allt. Då hade Karl Deisseroth och hans forskargrupp äntligen bevisat att det på ett konkret och snabbt sätt gick att styra djurs beteende med hjälp av optogenetiken. Man hade hittat flera olika sorters rodopsiner som alla hade olika effekt på neuronerna. Vissa fick dem att reagera snabbt, andra hämmade aktiviteten. Och eftersom olika rodopsiner svarar på ljus i olika färger gick det nu att kontrollera flera olika processer i hjärnan parallellt med hjälp av olika färger på ljuset.
Redan från början delade Karl Deisseroth med sig av alla verktyg och forskningsprotokoll och i dag används optogenetik av över 1 000 forskargrupper runt om i världen. Vid Karolinska institutet används tekniken bland annat för forskning om vilka celler i hjärnan som styr förmågan till uppmärksamhet.

Inför tioårsjubileet av optogenetiken publicerade Karl Deissenroth i september i år en historisk översikt i tidskriften Nature.
Listan på saker som undersöks med metoden är bisarrt lång och tycks omfatta de allra flesta ämnen som psykologin, psykiatrin, neuropsykiatrin och neurofysiologin sysselsätter sig med. De flesta studier görs på råttor och möss, några på maskar, zebrafiskar och fåglar. Minne, inlärning, drog-användning, epilepsi, gliom och Huntingtons sjukdom. Ja, kort sagt det mesta undersöks.
Karl Deisseroths eget labb har bland annat sett exakt vilka typer av nervceller som är inblandade vid depression och vilka cellgrupper som är skadade när parkinsondrabbade möss inte kan kontrollera sina muskler.
Nu är tekniken accepterad och alla är nöjda. Men finns det inga baksidor?
– Jag måste ofta förklara att optogenetiken inte är någon ersättare till alla de andra tekniker som redan finns. Den gör ingen forskningsmetod överflödig, utan snarare handlar det om att skapa synergieffekter, göra befintliga tekniker ännu mer användbara.
Karl Deisseroth söker hela tiden de större sambanden, letar efter intressanta korsbefruktningar.
– Just nu ser vi hur neuro-vetenskapen utvecklas oerhört snabbt. Och vi ser också hur det uppstår allt fler meningsfulla kontakter med humanvetenskaperna, på många fler nivåer.

Neurofilosofi är ett exempel på ett sådant område, menar han. Här sysslar man med frågeställningar som rör jaget, studerar hur medvetandet ser ut och hur det formas. Neurofilosofin använder sig av empirisk neurovetenskap, vetenskapsfilosofi och medvetandefilosofi för att studera sambandet mellan den abstrakta kognitionsteorin och den faktiska hjärnan.
– Det faktum att vi har en hjärna har länge väckt en mängd filosofiska frågeställningar. Men i och med att vi lärt oss så mycket mer om den så kan vi ställa andra, djupare frågor till filosofin.
Vi vet exempelvis mer om vad känslor är rent biologiskt. Hur påverkar den här kunskapen oss filosofiskt? frågar sig Karl Deisseroth.
– Just nu arbetar jag på en roman som relaterar till min forskning, men i ett större perspektiv. Jag har en idé om hur konst och humaniora hänger ihop med neurovetenskapen. Detta är inget som kommer till uttryck i mitt vetenskapliga arbete men jag vill gärna undersöka det litterärt.
Han har kommit ungefär halvvägs, berättar han. Över huvud taget är litteraturen en av hans starka drivkrafter. Eller kanske snarare språket, ljuden. Planen, realistisk eller inte, är att vid någon tidpunkt ta ett sabbatsår från forskningen och försöka hitta tillbaka till litteraturen. Läsa och skriva i samma omfattning som han gjorde förr.
– Det finns så mycket inom oss som inte är psykiatri eller psykologi som jag vill förmedla.
Karl Deisseroth arbetar fortfarande med patienter. Minst en vecka om året tjänstgör han som överläkare på den psykiatriska kliniken vid Stanford hospital.
– Det känns viktigt för mig att hålla kontakten med psykiatrin. Det är en del av min identitet och jag gör så gott jag kan för att hjälpa de patienter jag möter.

Vid sidan av forskningen driver han dessutom en liten klinik på Stanford året runt. Här tar han endast emot människor som lider av det som kallas treatment resistent depression, individer som genomgått alla tänkbara behandlingar, men där ingenting tycks häva depressionen.
– Eftersom jag befinner mig mitt i en akademisk miljö har jag tillgång till den allra senaste forskningen. Jag deltar i diskussioner där det förekommer många nya, intressanta och stimulerande idéer, och på kliniken har vi möjlighet att testa ovanliga kombinationer och mediciner eller behandlingar som inte tidigare prövats.
Har arbetet som psykiater och den djupa kunskapen om hjärnan som forskningen medför påverkat honom? Förstår han sig själv och sin omgivning bättre?
– Jag skulle vilja säga ja, men det är svårt att separera det från det faktum att jag blivit äldre och klokare.
Karl Deisseroth bor i Palo Alto i Kalifornien tillsammans med hustrun, som också är neuroforskare, och de fyra barnen.
– Jag älskar att tillbringa tid med dem, gå upp på morgonen, ge dem frukost och göra deras lunchlådor. Där kan man verkligen säga att jag lär mig saker om mig själv.
Mellan halv sju och halv nio på morgonen och mellan halv sex och halv nio på kvällen går det inte att nå Karl Deisseroth. Då är det barnens tid.
Ständigt återkommer han till hur han vill förstå. Förstå varför han älskar ord, ljud. Hur det väcker känslor i honom.
– När texten är så vacker att jag inte ens bryr mig om vad det betyder, utan bara lyssnar till de vackra ljuden som orden bildar, skapar det en känsla i mig som är så fantastisk. Men det gör mig även lycklig när jag ser fantastiska vetenskapliga koncept. På ett plan är poesin och min upplevelse av den helt skild från vetenskapen jag sysslar med, där allt handlar om att skapa specifik mening. Men känslan är faktiskt densamma. Poesin transporterar mig till ett tillstånd där ingenting annat spelar någon roll förutom ljudet av orden, och när jag tänker på ett vackert experiment och dess fantastiska resultat så är det samma känsla.
Kommer vi någonsin att ha fullständig koll på hjärnan?
– Jag vill inte utesluta det och jag tycke och jag tycker att det är ett rättmätigt och rimligt mål. En rimlig stjärna att sikta på.

6 x Karl Deisseroth
Född: 1971 i Boston, USA.
Bor: Palo Alto utanför San Francisco i Kalifornien, USA.
Familj: Hustrun Michelle Monje, fyra barn mellan 2 och 18 år.
Karriär: Utbildad till psykiater och disputerad i biokemi vid Stanford university i Palo Alto. Klinisk psykiater vid Stanford hospital. Forskartjänst vid institutionen för bioteknik och föreståndare för Deisseroth lab vid Stanford university.
Svenska rötter: Karl Deisseroth är till en fjärdedel svensk. Hans morfar kom från Uppsala.
Clarity: Karl Deisseroth står inte bara bakom utvecklingen av optogenetiken. En annan av hans metoder för att studera hjärnan är Clarity, som han tog fram 2013. Genom att gjuta in hjärnan i akrylamid och formaldehyd skapas en bindande struktur kring cellerna. Efter det tvättas de fettmolekyler som finns i hjärnan bort och kvar finns hjärncellerna, som består av proteiner. När man sedan färgar in olika delar av hjärnan med olika fluorescerande ämnen får man fram en en tredimensionell och transparent bild av cellerna och nervtrådarna.