Forelsket i rygmarven

Hvordan justerer nervesystemet følsomheden i vores bevægelser? Det er et af de helt store mysterier, som Rune Berg håber på at blive klogere på gennem udviklingen af avancerede matematiske modeller.

Af Eline Mørch Jensen

Rune Berg er fysiker med ph.d i biofysik og har en særlig interesse inden for neurovidenskab. De sidste fem år har han arbejdet sammen med professor i statistik, Susanne Ditlevsen, om hvordan man tackler stokastiske signaler i nervesystemet. Forskningsprojektet ”Dynamiske systemer” er en videreudvikling af dette samarbejde.

Rune berg

- Det jeg gør, er at måle strømmen i den enkelte celle, ikke på levende mennesker, men på rotter og skildpadder. Hvis man sammenligner noget væv fra en rottehjerne og et menneskes hjerne, er det svært at se den store forskel, fortæller Rune Berg og tilføjer:

- Jeg arbejder dog mest med rygmarven i skildpadder, som vi har gående ovre i dyrestalden. Jeg har nærmest forelsket mig i rygmarven – fordi problemstillingen om hvordan netværk af nerveceller kommunikerer og producerer funktioner er den samme her, som den er i hjernen, men rygmarven er meget mindre kompliceret og dens funktion er veldefineret. Derfor forestiller jeg mig at en forståelse af rygmarvsfunktionen vil være en vigtig nøgle til forståelsen af hjernen.

Skildpadder har altså en rygrad under skjoldet – hvordan kommer man ind til den?

- Det kræver kirurgisk operation som blandt andet involverer en sav, men ja, det har de faktisk. Grunden til at man bruger skildpadder er, at de er hvirveldyr med ben lige som os, og selvom de ud fra et retsmedicinsk synspunkt er døde, så kan cellerne holde sig i live meget længe.

Hvordan gør det os klogere at måle den elektriske strøm i rotter og skildpadders nerveceller?

- Nu er vi jo på det sundhedsvidenskabelige fakultet, hvilket jo ret klart indikerer hvad vi er her for,
nemlig at forebygge sygdom og helbrede liv, hvilket faktisk godt kan irritere mig en lille smule ind imellem, for i mine øjne er det jeg laver jo først og fremmest grundforskning.

- Formålet er at forstå hvordan kommunikationen mellem tusindvis af neuroner kan organisere sig i form af en elektrisk aktivitet som er hensigtsmæssig for organismen. Kroppens bevægelser bliver styret af muskler, som igen bliver styret af nerveaktivitet, men hvor kommer aktiviteten fra og hvordan opstår den? Dette er først og fremmest en grundvidenskabelig problemstilling, som har til formål at udvide vores generelle indsigt i os selv og naturen, men naturligvis bruger vi den grundvidenskabelige indsigt til at forebygge sygdom og helbrede, siger Rune Berg og tilføjer:

- En af grundene til at arbejde med disse målinger er at forstå hvordan nervesystemet - og ikke mindst netværk inden for systemet – fungerer. Det vil sige hvordan de er forbundet med hinanden og hvordan deres indbyrdes arkitektur ser ud. Hvis man skal forstå et dynamisk system, det vil sige et aktivt system som producerer et eller andet, så må man nemlig dels se på dynamikken af enheder, dels undersøge hvordan de er forbundet og interagerer.

Risikerer man ikke at opfinde netværk, dvs. at se nogle sammenhænge, som reelt ikke findes?

- Jo, der er rigtig mange faldgruber forbundet med det her arbejde, så den risiko er der bestemt. Meget af vores arbejde går ud på at eftervise at sammenhængene ikke er epifænomener. Det er lige præcis derfor vi har brug for at udvikle nogle bedre og mere præcise målinger. Det kan være en fuldstændig uoverkommelig opgave at kortlægge netværk, hvorfor nogen forskere faktisk bevidst forsøger sig med at lave kunstige netværk for at se på og lære af deres dynamik og sammenligne dem med netværk, vi kender, fortæller Rune Berg og tilføjer:

- Det kan lyde underligt, men netop ved at skabe netværk på computeren, kan man i visse tilfælde nå frem til at konstatere, at der god evidens for det ene eller andet og dermed måske blive hjulpet et skridt videre på vejen til at analysere målingerne.

- Men det er svært både at lave forsøg og databehandle, hvorfor det er rigtig vigtigt og godt at metodeforskerne, dvs. matematikerne og statistikerne, tager sig af den side af sagen, som de nu engang har mest forstand på.

Der er pt. fem personer fra Institut for Neurovidenskab og Farmakologi involverede i forskningsprojektet ”Dynamiske systemer”, nemlig to læger, to fysikere, en molekylærbiolog samt desuden fem personer, svarende til fem årsværk, der skal ansættes som postdocs og ph.dere og tilknyttes på tværs.

- Projektet er langt hen ad vejen en videreudvikling af det arbejde, der allerede er i fuld gang, hvor vi indsamler parallelle eller nært beslægtede data gennem blandt andet ekstra- og intracellulære målinger, ligesom vi nu også er i gang med at måle med multielektroder.

- Neurovidenskab er så stort et felt, at vi på vores årsmøder i USA er omkring 35.000 deltagere. Vi har hver især vores specialer, men mange af os der er elektrofysiologer, er særligt interesserede i fuldt udviklede netværk. I vores gruppe har vi valgt at se på hvordan det fungerer, når det fungerer, eller med andre ord: Når et netværk er fuldt udviklet og ikke under udvikling som hos et foster for eksempel.

- Nogle af mine kolleger foretager spændingsafhængige farvemålinger, en teknik hvor man hælder for eksempel grønt farvestof på, hvorefter man lader nervenetværket lave sin normale funktion og bruger farven til at registrere aktiviteten. Dette sker konkret ved at man kirurgisk åbner op til hjernen på et dyr, en fritte for eksempel, som selvfølgelig er bedøvet, for at tilføre farvestoffet. Når nervecellerne så er aktive skifter de farve, hvilket kan udnyttes til at undersøge deres funktioner. Nogle celler er vildt store, de kan være helt op til en millimeter og kan endda ses med det blotte øje.

- En af min kolleger, Jørn Dybkjær Hounsgaard, som er læge, kigger på kalcium i nervecellerne. Kalcium findes i meget lav koncentration i cellerne i hvile. Med kalcium-afhængige farvestoffer i cellerne, kan kalciums indtrængen under nerveaktivitet registreres mikroskopisk og det er den aktivitet, han måler på, forklarer Rune Berg.

Han understreger at Jørn Dybkjær Hounsgaard ikke bruger disse målinger som en almindelig læge ville gøre det, men for at finde en eller anden slags orden i disse netværk, blandt andet i et forsøg på at forstå sygdommen ALS. Hos ALS-patienter forholder det sig nemlig tilsyneladende sådan, at de celler der dør først, er dem der er mest følsomme over for kalcium.

- Den konkrete funktion - eller rettere: det mysterium - i nervesystemet, jeg er særlig optaget af og det vi undersøger i forbindelse med det her projekt, er hvordan populationer af neuroner optimerer præcisionen i den motoriske kontrol. Når en muskel yder en vis kraft er det vigtigt at den gør det med en tilsvarende præcision. Kraftens præcision er faktisk lige så vigtig som kraften selv, siger Rune Berg og tilføjer:

- Det kan illustreres med et eksempel fra vores verden: De fingre, vi bruger til at holde eller bære vores krops vægt, når vi klatrer op ad en væg, er de samme som vi bruger til at lave meget fine bevægelser, som i hjertekirurgi for eksempel. Men den kraft som vores fingermuskler yder under hjertekirurgi skal naturligvis gøres med en præcision, som svarer til denne opgave, og ikke til den kraft der skal til for at holde sin egen vægt på en klatrevæg for eksempel.

Og Rune Berg præciserer:

- Lige præcis spørgsmålet om hvordan nervesystemet hele tiden aktivt justerer følsomheden i vores bevægelser er et af de store mysterier, som kan generaliseres til alle hjernefunktioner, ikke kun muskelkontrol. Og som vi altså blandt andet håber på at blive klogere på gennem udviklingen og brugen af modeller i dette forskningssamarbejde.

Read this interview in English.