Var sak har (inte) sin plats

Att förstå den mänskliga hjärnan kan anses vara den moderna vetenskapens största utmaning. Ett ledande angreppssätt över nästan 200 år har varit att försöka hitta samband mellan dess funktioner och olika specifika hjärnområden eller, i mer modern tid, olika typer av nervceller. Men nya rön antyder att det kanske är helt fel väg för att kunna nå en förståelse av den mänskliga hjärnan.

Idén att hjärnan består av ett stort antal olika regioner som är ansvariga för specifika uppgifter kallas ibland för modularitet. Och, vid en första anblick kan den framstå som logisk. Till exempel verkar detta betraktelsesätt kunna förklara varför vi känner igen ansikten, nämligen genom att en sekventiell kedja av specifika hjärnområden i nackloben och temporalloben aktiveras. Men till exempel kroppsform och kroppshållning anses i stället identifieras genom andra kombinationer av hjärnområden. Och en del forskare anser att ytterligare andra hjärnområden – minnesregioner – används för att kombinera dessa intryck för att bygga upp mer holistiska representationer av andra människor.

Idén om modularitet i hjärnan tycks ibland också stödjas av att sjukdomar som drabbar vissa hjärnområden tenderar att ge vissa kategorier av symtom. Det klassiska exemplet är stroke, där man hittills antagit att det finns en enkel relation mellan vilket hjärnområde som drabbas och vilka specifika symtom som uppstår, vilket vid en ytlig analys ibland också kan verka vara fallet. Ett annat exempel är att medicinsk behandling av depression utgår från att det beror på en neurokemisk brist på serotonin – det vill säga att de nervcellstyper som frisätter serotonin har för låg aktivitet. Dessa två exempel är grova förenklingar, som vid stora sammanställningar visar sig stämma mycket dåligt, eller inte alls, med verkligheten.

Anledningen till att detta angreppssätt har lyckats överleva, och till och med blivit dominant, är delvis framväxten av nya teknologier som har gett oss fantastiska möjligheter att åskådliggöra hjärnan. Funktionell magnetkameraavbildning, fMRI, som spårar regionala förändringar i blodflödet i hjärnan, möjliggör för forskare att se hjärnans olika områden ”lysa upp” under olika typer av stimuli, och detta används som en metod för att kartlägga var olika funktioner ”sitter” i hjärnan. Det senaste årtiondet har optogenetiska metoder utvecklats, som innebär att enskilda typer av nervceller kan genmodifieras så att deras elektriska aktivitet kan kontrolleras med ljuspulser, vilket används som ett verktyg för att karakterisera olika nervcellstypers bidrag till hjärnans funktioner.

Men, medan båda dessa tekniker ger fascinerande resultat, är det faktiskt inte klart om de  kan bidra till att ge någon förståelse av hjärnan. En hjärnforskare som ser en korrelation mellan en nervcells aktivitet eller aktivitet i ett hjärnområde och en specifik, men godtycklig, fysisk parameter, till exempel smärtupplevelse – kommer alltid att bli frestad att dra slutsatsen att denna nervcell eller detta hjärnområde kontrollerar upplevelsen av smärta. Detta är lite ironiskt, eftersom hjärnan på ett makroskopiskt plan alltid letar efter samband mellan olika fenomen – en grundläggande egenskap, som naturligtvis även finns hos hjärnforskare, men som här riskerar att förblinda vetenskapen i sin strävan efter att förstå hur hjärnan fungerar.

Om man i stället utgår från det som vi i vår forskning de senaste åren kunnat se, nämligen att alla hjärnans funktioner i någon mån är distribuerade över olika delar av hjärnan, blir tolkningen av sådana här fynd väldigt annorlunda. Utifrån det perspektivet kan man konstatera att studier av hjärnan som bygger på att hitta bästa korrelationer med en godtycklig fysisk parameter, riskerar att bli en alltför begränsad tolkning av hur hjärnan fungerar. Om man i stället utgår från att alla hjärnans funktioner är distribuerade över olika delar av hjärnan, blir problemformuleringen av vad man måste lösa för att förstå hur hjärnan fungerar väldigt mycket mer komplicerad: man måste då förstå hur nervceller över alla hjärnområden samspelar för att skapa de funktioner som hjärnan styr över.

Liksom vår forskargrupp finns det andra forskare som nu tror att hjärnan och dess sjukdomar bara kan förstås som ett samspel mellan det enorma antalet nervceller som finns i det centrala nervsystemets alla olika delar, inklusive i strukturer under cortex som till exempel hjärnstammen. Ingen nervcell definierar sin egen funktion, utan funktionen i en enskild nervcell är beroende av funktionen i alla de tusentals andra nervceller den är förbunden med. Dessa nervceller är i sin tur kopplade till andra nervceller, och det existerar massvis med olika kopplingsloopar mellan dessa. Samma hjärnregion, och samma nervcell, kommer därför oundvikligen att vara inblandad i merparten av alla hjärnans funktioner, men samma region och samma nervcell kommer att ha väldigt olika funktion beroende på vilket sammanhanget är. Även en minimal förändring i aktiviteten i några fåtal nervceller kan ge ”snöskredseffekter” så att alla övriga miljardtals nervceller nu helt plötsligt har en annan funktion. Sådana små förändringar kan vara tillräckliga för att förklara uppkomsten av olika oönskade tillstånd, som depression eller Parkinsons sjukdom. Hur som helst behöver vi förstå hjärnans alla intrikata nätverksmekanismer för att på djupet förstå orsaker och konsekvenser av hjärnans olika sjukdomstillstånd. Utan en sådan djupförståelse ser det dessvärre mycket mörkt ut vad gäller att hitta pålitliga och effektiva behandlingsmetoder för dessa sjukdomstillstånd.

Neurovetenskapen behöver vara inriktad på att förstå hur nätverkens kopplingsmönster uppstår i hjärnans livslånga uppgift – att lära sig att förstå sig själv och sin omvärld. En viktig del av detta är att förstå hur hjärnan först bygger upp en representation av ”självet” genom att koppla upp sig mot de tiotusentals sensorer som finns över hela kroppen, mot sensorerna i ögat och mot kroppens hundra-taliga muskler – eftersom förståelsen av omvärlden bygger på att den kan relatera denna till vad självet är. Hjärnans förståelse, eller ”approximeringar”, av vad omvärlden är kommer i sin tur oundvikligen att vara approximeringar av fysikens lagar, eftersom dessa utgör kärnan för hur omvärlden fungerar.

En huvudanledning till att nervsystemet och hjärnan uppstod genom evolutionen är att förmågan att röra sig, som är en huvudsaklig skillnad mellan djur och växter, kräver ett kontrollerande system. Kognitiva och mentala funktioner, och därför tankar, kan ses som mekanismer som gradvis uppstod i de alltmer komplexa hjärnor som uppstod genom evolution, för att bättre planera för konsekvenserna av olika rörelser och handlingar. Just därför är det viktigt att neurovetenskapen skiftar fokus, bort från uppfattningen att varje nervcellstyp eller varje region av hjärnan har en specifik funktion, mot en teoretisk förståelse av vilka typer av funktioner som kan uppstå i integrerade, tätt kopplade nätverk. Sådan förståelse kan innebära att vi måste acceptera att de funktioner som finns i hjärnans integrerade nätverk har en avsevärt mer abstrakt funktion än enkla korrelationer med parametrar som vi direkt kan observera i omvärlden. Abstrakta funktioner är naturligtvis mer svårgripbara, och gör alltså forskningen betydligt svårare, men är samtidigt det som gör våra hjärnor så kraftfulla. Denna typ av teoretisk förståelse borde hjälpa oss att identifiera väsentliga studier och undersökningar att utföra, i stället för att, som nu ofta är fallet, göra tvärtom och utgå från att hjärnans funktioner måste vara uppbyggda av väldefininerade byggklossar som var och en har sin motsvarighet i en nervcellstyp eller specifik del av hjärnan.

En sådan omställning kommer inte att vara enkel. Nuvarande neurovetenskapliga undersökningsmetoder bygger i ökande grad på mycket dyr teknologi och metodologi – det har investerats både stora finansiella resurser samt nationell och internationell prestige i dem. Ett annat hinder är mer av mänsklig karaktär: den mänskliga hjärnan kommer alltid att föredra den enkla lösningen framför den mer komplexa, även om den förra kan påvisas ha begränsad potential att förklara olika typer av observationer. Förhållandet mellan neurovetenskapen och läkemedelsindustrin bygger också på den modulära organisationsmodellen. Till exempel är den typiska strategin för neurologiska och psykiatriska sjukdomar att hitta någon enskild receptor eller biokemisk markör för vilken ett läkemedel kan utvecklas. Till exempel SSRI, som nämnts tidigare – som blockerar återupptag av serotonin så att mer serotonin finns tillgänglig för receptorerna – och används för att behandla till bland annat depression. Men det fungerar långt ifrån för alla patienter. Ett annat exempel är epilepsi, som i dag ses som en sjukdom och den behandlas med antikonvulsiva medel som verkar genom att dämpa aktiviteten i alla nervceller i hela hjärnan. Sådan medicinering fungerar inte heller på alla patienter. En alternativ tolkning av epilepsi skulle vara att den beror på minimala rubbningar i nervcellsaktiviteten, som har ett unikt ursprung, det vill säga en unik orsak, hos varje patient. Dessa initiala rubbningar utlöser genom snöskredseffekter på olika vägar de större, skadliga epileptiska anfallen – som ytligt sett ser likadana ut från en patient till en annan.

JAg ser allt fler tecken på att neurovetenskapen gradvis håller på att förlora kompassen i sin roll att förstå hjärnan och dess sjukdomar. Detta riskerar att förhindra arbetet med att förstå några av vetenskapens allra största mysterier – som medvetandet – men också arbetet med att finna fungerande behandlingar mot ett stort spektrum av handikappande sjukdomar. 

Henrik Jörntell är professor i neurofysiologi vid Lunds universitet.