Aber består spejltesten

Forskere leser dyrenes tanker

Vi vil aldri vite hva dyrene tenker. Det har beskjeden fra vitenskapen vært i århundrer, men nå holder hjerneforskere på å knekke koden til dyrenes sinn, og oppdagelsene vil antagelig også gi oss mer kunnskap om oss selv.

Vi vil aldri vite hva dyrene tenker. Det har beskjeden fra vitenskapen vært i århundrer, men nå holder hjerneforskere på å knekke koden til dyrenes sinn, og oppdagelsene vil antagelig også gi oss mer kunnskap om oss selv.

Solvin Zankl/NaturePL

Rundormen Caenorhabditis elegans har ikke mange brikker å flytte rundt med – bare 302 hjerneceller i alt. Likevel tenker og føler det bare en millimeteren lange dyret på mange måter akkurat som oss.

Det har forskere avslørt ved hjelp av en ny teknikk som gjør det mulig å se hvert eneste nervesignal i ormens mikroskopiske hjerne som et lite lysglimt.

Med lignende metoder, som sender elektroder dypt inn i hjernen, kan forskerne følge hjerneaktiviteten i detalj hos større dyr uten å forstyrre dyrenes atferd.

Resultatene viser at selv små dyr ikke bare er enkle maskiner som tankeløst utfører automatiske handlinger. De vurderer mulighetene og tilpasser atferden etter situasjonen.

Snart vil de nye teknikkene kanskje avsløre hva dyrene tenker om sin egen eksistens.

Selv med bare 302 hjerneceller til rådighet oppfører C. elegans seg som et tenkende vesen, fordi nervesignalene ikke alltid går i de samme nettverkene, men endrer retning og finner nye veien mellom hjernecellene alt etter omstendighetene.

Forskernes nye teknikker har allerede gitt oss overraskende innsikt i dyrenes indre liv – og snart vil de kanskje også avsløre hva dyrene tenker om sin egen eksistens.

Signaler lyser opp i hjernen

En av de nye metodene kalles calcium imaging – eller kalsiumvisualisering – og avslører mengden av kalsiumioner i kroppens celler.

Teknologien utnytter at en nervecelle normalt bare inneholder noen få kalsiumioner, mens ionene strømmer inn hver gang cellen sender et signal. Når nervesignalet er sendt, blir ionene pumpet ut igjen.

Forskerne gjør kalsiumionene synlige ved å genmodifisere dyret slik at det danner et bestemt protein som lyser når det kommer i kontakt med kalsiumioner. De enkelte nervecellene i hjernen lyser deretter kortvarig opp hver gang de avfyrer et signal.

Teknologien kan utføres på levende dyr som beveger seg fritt rundt, og dermed kan forskerne løpende følge med når dyrene utviser sin normale atferd.

I dyr med få hjerneceller, som rundormer, er kalsiumvisualisering en ideell teknikk fordi forskerne kan kartlegge aktiviteten i hver eneste nervecelle samtidig.

Det utnyttet biofysikeren Aravinthan Samuel i 2020 til å undersøke hva som skjer i hodet på ormen, når den har sex.

Hjernen skifter tilstand

Samuel observerte sju hanner og oppdaget at 46 nerveceller styrte hele paringsakten, og at bestemte mønstre av hjerneaktivitet karakteriserte hvert trinn i akten.

Hjernen befant seg altså i ulike tilstander avhengig av om hannen lette etter en partner, forsøkte å finne kjønnsåpningen, utførte paringsbevegelser eller fikk utløsning.

Til forskernes overraskelse hadde de sju hannene ikke det samme mønsteret av hjerneaktivitet, men utførte paringen på hver sin måte.

Tidligere har forskere ment at dyr som rundormer er så enkle at de bare kan følge helt automatiske og fastlagte aktivitetsmønstre, men det stemmer altså ikke helt.

Hjerneaktiviteten hos de sju hannene var imidlertid ensartet nok til at forskerne nokså presist kunne forutsi når en hann ville gå fra et trinn i paringsakten til et annet, ut fra kunnskap om de andre hannene.

Molekylærbiologen Jennifer Li nådde i 2019 fram til et lignende resultat da hun undersøkte larver av sebrafisker, men med 100 000 nerveceller er fiskelarvenes hjerner mye mer kompliserte enn ormens.

Celler forutsier atferd

Sebrafiskens larver er på størrelse med en øyenvippe, og i Jennifer Lis forsøk svømte de rundt i en tank som var mindre enn en millimeter høyt og bare 35 millimeter i diameter. Her hadde larvene muligheter for å jage små tøffeldyr, mens Li fulgte hjerneaktiviteten med kalsiumvisualisering.

Akkurat som ormene hadde fiskene bestemte tilstander som er avhengig av atferden, for eksempel om de lette etter et bytte eller aktivt jaget det.

Forskere læser fisks tanker

Sebrafisken begynner livet sitt som en larve. Den er gjennomsiktig, slik at forskerne kan se direkte inn til nervesystemet.

© Dominik Paquet, University of Munich

Også i dette tilfellet kunne forskerne ut fra mønstrene forutsi når hjernen ville skifte tilstand, slik at dyrene endret atferd.

Li oppdaget en liten håndfull nerveceller som begynte å avfyre signaler flere sekunder før dyrene satte inn jakten.

Oppdagelsen tyder på at ganske få nerveceller avgjør når hjernen skifter tilstand. Disse cellene blir sannsynligvis aktivert av sanseinntrykk utløst av for eksempel bevegelsene til et tøffeldyr, og aktiviteten forbereder fisken på at den skal begynne jakten.

Nettverk går på tomgang

Funnet av skiftende hjernetilstander hos enkle dyr er interessant fordi det overordnede mønsteret minner mye om den måten vår egen bevissthet fungerer på.

Hjernen vår bombarderes hele tiden med et vell av sanseinntrykk som bevisstheten ikke har en sjanse for å forholde seg til. Derfor sorterer hjernen i informasjonen slik at bare de viktigste tankene blir gitt videre til bevisstheten. Når de ankommer bevisstheten, kan vi forholde oss til dem og om nødvendig foreta en handling.

Hjernen vår løser oppgaven ved hjelp av det såkalte tomgangsnettverket – en stabil tilstand i hjernen der nervesignalene kjører i karakteristiske mønstre mellom hjernesentrene for blant annet hukommelse, innlevelsesevne og refleksjon.

Dette nettverket går på høytrykk når vi ikke konsentrerer oss om noe og i stedet har hodet fullt av løse tanker som aldri riktig når fram til bevisstheten.

Tomgangsnettverket står for hele 80 prosent av hjernens samlede energiforbruk. Men når det skjer noe uventet, kan hjernen raskt stenge det ned og i stedet skifte over til oppmerksomhetsnettverket.

Dermed blir du bevisst på det som foregår og kan vurdere situasjonen. Om nødvendig kan du slå over i en tredje hjernetilstand, handlingsnettverket, som sørger for at kroppen reagerer fysisk.

Dyr ser seg selv i speilet

Likhetene mellom oss og dyrene antyder at dyrene på mange måter tenker akkurat som oss, men vet fortsatt ikke om dyrene også har en bevissthet som vår.

Bevissthet har lenge blitt sett som et fenomen som bare finnes hos mennesker og kanskje noen få andre arter, men så langt har forskerne bare kunnet observere dyrenes atferd for å få en idé om hva som foregår inne i hodene deres.

Et av de klassiske forsøkene kalles speiltesten. Her få dyret under bedøvelse satt et merke et sted på sin egen kropp, som ikke er synlig for dyret.

Når dyret våkner, blir det plassert foran et speil. Hvis det forsøker å fjerne merket, antar forskerne at dyret er bevisst på at speilbildet forestiller dyret selv – og dermed forstår sin egen eksistens.

Barn på ned til om lag halvannet år, menneskeaper, delfiner, elefanter og skjærer er har bestått prøven.

🎬 VIDEO: Skjære består speiltesten

Noen forskere setter imidlertid spørsmålstegn ved verdien på speiltesten.

En studie fra 2011 viste for eksempel at det er store kulturelle forskjeller på hvordan barn helt opp til 3-4-årsalderen reagerer når de ser seg selv i speilet med et merke i pannen. I USA og Canada skyndte mer enn tre fjerdedeler av barna seg til å fjerne merket, mens under tre prosent gjorde det i Kenya og på Fiji.

Forskerne bak studien mener at barn i Vesten tenker mye over utseendet sitt og derfor er ivrige etter å rette på små skjønnhetsfeil, mens ikke-vestlige barn er mindre opptatt av det.

Den kulturelle innflytelsen spiller også inn hos gorillaer. Ville gorillaer består normalt ikke speiltesten, mens dyr i fangenskap som regel gjør det.

Testen gir altså ikke et nøyaktig bilde av bevissthet.

Elektroder sladrer om tanker

I stedet for speiltesten kan forskerne nå se rett inn i hjernen.

Av etiske grunner kan de imidlertid ikke bruke kalsiumvisualisering på store dyr som for eksempel aper eller hunder, fordi teknologien både krever genspleising, og at en del av kraniet fjernes for å blottlegge hjernen.

Metoden har blitt brukt på mus, men musens 70 millioner nerveceller ligger i mange lag og gjør det vanskelig å se de enkelte lysende cellene.

Derfor utviklet et internasjonalt forskningsteam i 2017 den såkalte Neuropixels-teknikken.

Metoden bruker en nål med omkring tusen elektroder som kan bores opp til en centimeter inn i musehjernen – altså nesten hele veien gjennom. Inne i hjernevevet kommer elektrodene i kontakt med hver sin nervecellen, og når cellen avfyrer et signal, registrerer elektroden det.

Dyrene tar ikke skade av metoden, og selv om nålen med sine ledninger ser ut som en flosshatt, kan musen fortsatt løpe fritt omkring og oppføre seg normalt.

Forskere læser dyrs tanker

Forskerne kan sette inn flere av de bare 0,07 millimeter brede Neuropixels-nålene i musens hjerne på en gang. Pakken på dyrets hode veier 400 milligram.

© Ashley L. Juavinett et al.

Ofte bruker forskerne flere nåler til å måle et par tusener nerveceller dypt i hjernen og samtidig kalsiumvisualisering til å registrere aktiviteten til 10 000 eller flere celler i hjernens øverste lag.

I et forsøk brukte hjerneforskeren Karl Deisseroth systemet med Neuropixels til å avkode det mønsteret av hjerneaktivitet som får mus til å føle tørst.

Andre forsøk har avslørt at når mus utfører en bestemt oppgave, har musehjernene samtidig det travelt med en aktivitet som ikke har noe å gjøre med oppgaven.

En tredjedel av denne aktiviteten er forbundet med å bevege muskler, men resten er tilsynelatende ren tankevirksomhet.

Flere forskere betrakter de nye metodene som et vendepunkt i utforskningen av dyrenes hjerner. Og i takt med at teknologien utvikler seg, vil vi kanskje også bruke dem på større dyr som for eksempel aper eller hunder.

Dyrenes hjerner er som regel enklre i oppbygning enn vår, men forskerne vet fortsatt ikke akkurat hva det betyr for dyrenes tanker og bevissthet.

Det vil teknikker som Neuropixels antagelig snart kunne oppklare.

Ormer hjelper psykisk syke

Dyrenes tanker minner om våre, og derfor kan de hjelpe oss når hjernene våre oppfører seg uhensiktsmessig. De presise målingene av hjerneaktiviteten hos ormer, fisk og mus kan for eksempel få betydning for behandlingen av sykdommer som schizofreni, depresjon, ADHD og alzheimer.

Allerede nå vet forskerne at disse lidelsene forstyrrer tomgangsnettverket. Normalt stenger nettverket ned når handlingsnettverket skal ta over. Dermed kan hjernen lett skifte fra en ufokusert, indre verden til en konsentrert, ytre verden når det er nødvendig.

Rundorme har 302 hjerneceller

Ved å undersøke hvordan dyr som rundormer skifter mellom to ulike hjernetilstander, kan forskerne finne nye måter å behandle psykiske lidelser på.

© Shutterstock

Men i en fransk studie fra 2014 viste hjerneskanninger at tomgangsnettverket ikke stengte ned som det burde når barn med ADHD konsentrerte seg om en oppgave.

En kinesisk studie har dessuten vist at mange schizofrene pasienter har unormal aktivitet i tomgangsnettverket, noe som gjør det vanskelig for dem å skille mellom sin egen indre verden og den ytre. Det kan kanskje være grunnen til hallusinasjonene.

Ved for eksempel å finstudere hvordan rundormens 302 nerveceller skifter mellom ulike hjernetilstander, håper forskerne på å oppdage nye mekanismer som avslører hvordan våre egne hjerner virker.

Og de nye mekanismene vil til syvende og sist kunne bli mål for nye typer legemidler som hjelper folk med for eksempel ADHD eller schizofreni til å få et bedre liv.