Hjernen går i barndommen

Tross hjernecellenes sentrale rolle i hverdagen vår har forskerne så langt vært ute av stand til å kartlegge hvordan de har utviklet seg i løpet av livet vårt. Hjernens nærmest uendelige kompleksitet har gjort det umulig å skape et detaljert overblikk.

Men nye teknikker har nå gitt forskerne nettopp det overblikket i flere forsøksdyr.

Resultatene avspeiler med stor sannsynlighet hva som skjer i vår egen hjerne, og de avslører blant annet at hjernen hos eldre deler en rekke trekk med hjernen til barn – noe som kan hjelpe oss med å forstå hvorfor de mentale evnene våre falmer med alderen.

Hjernecellene føler seg fram

Hjernens utvikling begynner omkring sju uker inne i fostrets utvikling. Ut ifra en samling stamceller i et område som kalles den ventrikulære sonen, utvikler nervecellene seg og finner sin plass i hjernen.

Når de ankommer reisemålet, danner de lange forgreningene og begynner å lete etter andre nerveceller de kan danne forbindelser med. Forbindelsene, som også kalles synapser, er kontaktpunkter mellom nervecellene. De gjør at cellene kan sende signaler til hverandre.

Ved fødselen har hver nervecelle i gjennomsnitt dannet 2500 synapser med andre nerveceller – og det tallet stiger til omkring 15 000 fram mot toårsalderen.

I et banebrytende forsøk fra 2020 kunne et team av forskere ledet av molekylærbiologen Daniel Witvliet avsløre nye detaljer i hjernens tidlige utvikling. Forskerne kartla hver eneste nervecelle og synapse i hjernen til et dyr – på flere livsstadier.

Ormer seksdobler antallet forbindelser

Forskerne klonet først åtte rundormer, slik at de hadde fire genetiske kopier av hvert individ. Deretter kunne de la kopiene leve til ulike livsstadier og undersøke hjernene i minste detalj.

Framgangsmåten innebar at forskerne både kunne få bilder av hvordan et enkelt individs hjerne utvikler seg gjennom livet, og hvordan ulike individers hjerner skiller seg fra hverandre.

Resultatene viste blant annet at nervecellenes plassering var på plass ved fødselen, men i løpet av livet vokste nervecellenes utløpere, og hver nervecelle seksdoblet antallet partnere.

Forskerne oppdaget også at hjernens utvikling fulgte et relativt forutsigbart mønster – for eksempel ble forbindelser som var sterke ved fødselen, enda sterkere i løpet av livet.

Men hjernens utvikling var ikke helt forutsigbar. Gjennom livet utviklet nettverket av forbindelser seg på hver sin måte, slik at omkring 43 prosent av forbindelsene varierte fra dyr til dyr.

Hvis noe lignende gjelder for mennesker, betyr det altså at det interne nettverket i hjernen våre er ganske ulikt fra person til person.

Store barns hjerner krymper

Synapsene bestemmer de mentale evnene dine. De avgjør hvilke nerveceller som kan kommunisere med hverandre, men også hvor effektiv kommunikasjonen er; blant annet kan en synapse endre sammensetningen av proteiner slik at den andre nervecellen blir mer følsom overfor partnerens signaler.

Effektiv kommunikasjon i et hjerneområde innebærer at du er flink til noe. Gode forbindelser i språksentrene gjør deg for eksempel språklig begavet, mens sterke forbindelser i hjernens bevegelsessenter kan gjøre deg fingernem.

Likevel er ikke et høyt antall synapser alltid en fordel. Og et nytt forsøk på mus viser at hjernen begynner å luke ut i synapsene etter den tidlige barndommen.

En forskergruppe under ledelse av hjerneforskeren Mélissa Cizeron genmodifiserte i 2020 en rekke mus slik at noen av proteinene i musenes synapser lyste i ulike farger. Dermed kunne forskerne følge med på synapsenes utvikling gjennom hele livet.

Forsøket viste at antallet synapser steg raskt den første levemåneden til musene – men den neste måneden falt det raskt igjen. Andre studier tyder på at noe lignende skjer hos mennesker.

En nederlandsk studie viste for eksempel at antallet synapser hos mennesker stiger fram til vi er om lag ni år, før det faller fram til vi er omkring 30 år.

Og vi mister ikke bare synapser. En dansk studie fra 2007 avslørte at vi i hvert fall i noen deler av hjernen også mister nerveceller i hopetall i løpet av oppveksten. I en del av hjernesenteret talamus oppdaget forskerne at voksne har 41 prosent færre nerveceller enn nyfødte.

Tapet av synapser og hjerneceller i barndommen fører imidlertid ikke til dårligere hjernefunksjon – tvert imot. Hjernen fjerner de delene den ikke bruker så ofte, og dermed blir den mer strømlinjeformet og effektiv.

Og ifølge noen forskere vil barn som ikke luker raskt nok i forbindelsene sine, antagelig bruke mer tid på å utvikle for eksempel språkevnene.

Mélissa Cizerons museforsøk førte også til en rekke andre oppdagelser. Forskerne fant flere ulike typer synapser – 37 i alt – som avvek fra hverandre i form, størrelse og sammensetning av proteiner.

Tidlig i livet dominerte noen få synapsetyper hjernen, men etter hvert steg variasjonen, og hvert hjerneområde fikk sin egen sammensetning av typer. De ulike synapsetypene behandler signaler på hver sin måte, og dermed får hvert hjerneområde sine helt egne egenskaper.

Gamle og unge hjerner ligner

Hjerneområdene blir altså formet til å løse bestemte oppgaver – en utvikling som antagelig avspeiler den modningen av mentale evner som skjer hos oss mennesker fra vi er barn, til vi blir voksne.

For eksempel utvikler barn bedre langtidshukommelse fra de er to år gamle, til de er sju – det de opplever før toårsalderen, blir ikke lagret som langtidsminner. Og tenåringer opplever en markant forbedring i evnen til å tenke abstrakt og betrakte et problem fra flere ulike vinkler.

Men utviklingen snur. Da musene i Cizerons forsøk nådde en alder på tre måneder, begynte sammensetningen av synapsetyper å bli mer ensartet på tvers av hjerneområdene, og utviklingen fortsatte resten av livet.

En sammenligning på ulike livsstadier avslørte at hjernen hos en 18 måneder gammel mus lignet mer på hjernen til en to uker gammel mus enn hjernen til en tre måneder gammel mus.

I alderdommen begynner altså hjernen å vende tilbake til barndommen.

Forsøk forklarer eldres hverdag

Ifølge Cizeron og kollegene hennes kan utviklingen i hjernesentrene hos de aldrende musene antagelig forklare at også vi mennesker opplever en endring i våre mentale evner med alderen.

Forsøket avslørte for eksempel at utviklingen endret på tidsintervallet mellom hvert nervesignal i hjernesenteret hippocampus – en endring som antagelig har konsekvenser for blant annet hukommelsen og innlæringsevnen.

Cizerons mus utviste også en annen markant endring i alderdommen. Etter å ha vært relativt stabilt gjennom voksenlivet falt antallet synapser fra musene var om lag et år gamle – altså fra de var middelaldrende.

Mens et synkende antall synapser i barndommen bidro til å strømlinjeforme hjernen, har det i alderdommen en helt annen effekt. Det gjør at viktige forbindelser forsvinner, slik at en rekke hjernefunksjoner blir svekket.

Samtidig mister vi med alderen hjerneceller som ikke erstattes av nye, og alt i alt betyr det at hjernen vår i gjennomsnitt krymper med 0,5 prosent i året etter at vi passerer 60. Tapet av synapser og hjerneceller kan antagelig forklare en rekke av de mentale endringene som eldre opplever i hverdagen.

Blant annet skjer det en svekkelse av hukommelsen, evnen til å regne i hodet og den generelle hastigheten hjernen arbeider med. Dessuten blir evnen til abstrakt tenkning og problemløsning svekket – akkurat det som blomstret opp i tenårene, da hjernesentrene spesialiserte seg.

Alderdommen inneholder heldigvis mer enn forfall. For eksempel holder de språklige evnene seg relativt intakte gjennom hele livet – og ordforrådet fortsetter å vokse. Også stedsansen vår og visse elementer av hukommelsen – som evnen til å huske rekkefølgen av hendelser i en fortelling – forblir uendret. Og allmennkunnskapen blir bare større med årene.

Samtidig kan den negative utviklingen som foregår mange steder i hjernen, til en viss grad snus.

Elektroder gir hjernen nytt liv

Vi beholder evnen til å danne nye synapser hele livet, og ved for eksempel å utføre mentale treningsøvelser kan eldre øke antallet synapser i visse deler av hjernen, slik at de opplever forbedringer i blant annet korttidshukommelsen.

Også fysisk trening kan ha en gunstig effekt fordi det kan få cellene i hjernen til å skille ut stoffer som stimulerer dannelsen av nye forbindelser.

Forskerne arbeider dessuten med en snarvei til å styrke hjernen som ikke omfatter øvelser. En lovende ny behandlingstype er elektrisk stimulering av hjernen.

Her plasseres elektroder på utsiden av hodet for å skape et elektromagnetisk felt omkring hjernen som kan påvirke aktiviteten til nervecellene. En av konsekvensene er mer av stoffet BDNF, som er kjent for å stimulere dannelsen av synapser.

Behandlingen er flere steder godkjent til bruk mot depresjon, som også involverer tap av synapser, og flere forsøk tyder på at den har en gunstig effekt på eldre med svekkede mentale evner. Forskningen er imidlertid fortsatt på et tidlig stadium.

Hvis behandlingen virker som den skal, vil vi imidlertid snart kunne bringe den aldrende hjernen et skritt nærmere å bli voksen.