Nya ledtrådar till minnets mysterium

I två nya studier har forskare vid National Institute of Health undersökt hur hjärnan lagrar och hämtar minnen. En studie tyder på att hjärnan knyter fast minnen i nervcellernas unika signalmönster. Den andra studien visar att hjärnan snabbspolar lagrade minnen när de återskapas i minnet.

De båda studierna leddes av neurokirurgforskaren Kareem Zaghloul som jobbar vid NIH:s National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS). Fokus i studierna låg på personer med epilepsi. För att hitta källan till de epileptiska anfallen ”installerade” Dr. Zaghloul elektroder ​​i patienternas hjärnor med vars hjälp han övervakade den elektriska aktiviteten.

"The primary goal of these recordings is to understand how to stop the seizures. However, it's also a powerful opportunity to learn how the brain works”, säger Dr. Zaghloul i ett pressmeddelande från NIH.

Forskarna testade patienternas minne. De fick titta på olika ordpar (som t ex penna och biskop). Därefter visades bara ett av orden, exempelvis penna. Patienterna skulle då så fort som möjligt försöka hitta det andra ordet, i detta exempel biskop, i minnet.

I den första studien, som publicerades i Journal of Neuroscience, minns patienterna 38 ​​procent av ordparen. Elektrodnäten visade att hjärnaktiviteten som patienterna upplevde när de lagrade ord och återkallade minnet oftast uppstod i tinningloben och prefrontala barken. Det visade sig också att aktiviteten blixtrade till snabbare när patienterna återkallade orden än när orden tidigare lagrades som minnen.

“Our results suggest the brain replays memories on fast forward," säger doktor Zaghloul. Det är alltså jobbigare att lära sig att minnas än att minnas. Tid går olika fort och när man är nära döden sägs det ju att hela livet spelas upp på ett ögonblick.

I den andra studien, publicerad i tidskriften Current Biology, använde forskarna en ny sorts nät av mikroelektroder för att övervaka aktiviteten hos dussintals enskilda nervceller under minnetesterna. Näten implanterades i en del av tinningloben som tros ha huvudansvaret för igenkänning av ord och ansikten.

I denna studie kom patienterna korrekt ihåg 23 procent av ordparen. När forskarna tittade på de elektriska inspelningarna fann de att mönstret av nervceller som avfyrades när patienterna minns rätt liknade nervcellernas signalmönster när de lärde sig ordparet. Dessutom visade resultaten att nervcellens aktivitet var specifik för varje enskilt ordpar och var som tystast när patienterna mindes rätt, vilket tyder på att hjärnan använder ett fåtal nervceller för varje varje minne.

“These results support the idea that each memory is encoded by a unique firing pattern of individual neurons in the brain", avslutar Dr. Zaghloul.

Bäst att vara rädd om sina nervceller alltså. Man vill ju inte sudda ut minnen genom att tappa några nervceller en blöt kväll.

Gamla nervtrådar och minnets mysterium
Vi är på sätt och vis våra minnen. Om jag en dag vaknade utan minnen, skulle det då vara jag? Ett minne är mönster av aktivitet. Det är inte en film som visas på en vit duk i hjärnan. Varje gång detta mönster aktiveras och snabbspolas, förändras det litegrann. Det är därför du inte riktigt kan lita på dina minnen hur tydliga de än är. Det märks om du t ex pratar barndomsminnen med dina syskon.

Från Memento.

Minnet är ingen film men det finns många bra filmer om minnet. Min favorit är Memento, som jag skrev om en gång för länge sedan som färsk bloggare och som fiskades upp i minnet medan jag skrev. Minnet är ett nät med trådar. En annan bra film om hur det är att leva utan minne är Hitta Nemo. Det finns fler filmer, men de har jag glömt.

Läs mer om hjärnan och löpning på Hjärnfysikbloggen.

Den fantastiska historien om kvinnan som skar bort en del av sin hjärna och blev en av världens främsta ultralöpare

Min Garmin Forerunner gick hädan häromdagen. Den hjälpte mig med tid och position. Men jag klarar mig ändå. Jag har en tidsuppfattning och jag vet oftast var jag befinner mig. Men man kan faktiskt överleva utan tids- och rumsuppfattning. Det kanske t o m kan vara bra när man springer riktigt långt.

Rubriken på den här artikeln blev lång, men så handlar inlägget också om en kvinna som springer långt. Diane van Deren är en av världens främsta ultralöpare. Hon springer långt, men hennes minne är kort. När hon var 20 år drabbades hon av svår epilepsi. Hon levde med sjukdomen i 17 år. Strax efter hon fått sitt tredje barn skar läkarna bort en bit stor som en kiwi från hjärnan - en stor del av hippocampus och en liten bit av högra tinningloben. Hennes minne blev sämre, hennes förmåga att orientera sig försvann och hon och hennes familj förlorade gemensamma minnen. Men en sak blev bättre. Hennes löpning. Plötsligt var hon i världsklass och vid 51 års ålder blir hon fortfarande bättre för varje år. Men hon minns inte hur långt hon sprungit, hon har ingen uppfattning om hur långt det är kvar och hon vet inte i vilken riktning hon ska springa.

Epilepsi och operation
Epilepsi är ett grekiskt ord som betyder gripa tag. Oftast är orsaken till epilepsi någon form av skada i hjärnan. I Dianes fall var det en skada som inträffade när hon var nyfödd. Anfallen dröjde dock tills hon var i 20-årsåldern. De började som mystiska frånvaroattacker, som om hon plötsligt befann sig i en dröm. Det kallas för aura. Aura kommer också från grekiskan och betyder fläkt, det är en förvarning om en kommande brand i hjärnan.

Diane upptäckte att aurorna ofta kom när hon tog det lugnt. Enligt hennes läkare var det som om hennes nervceller lättare fattade eld om de vilade. Det skedde aldrig när hon sprang. Hon såg därför till att alltid ha löparskorna redo. Så fort hon kände en aura sprang hon rakt ut genom dörren. Hon visste att hon bara hade ett par sekunder på sig. Hon kunde springa i flera timmar. Men det fungerade inte när hon sov. Varje epileptiskt anfall dödade ett antal nervceller och förvarningarna- aurorna - blev kortare och kortare. Epilepsin höll på att springa ikapp och gripa tag i henne.

Anfallen började alltid i hennes högra hippocampus, en viktig del av hjärnan som sitter i det limbiska systemet och är djupt involverat i minne och orienteringsförmåga. Förmodligen aktiverade löpningen den del av hippocampus där anfallen startade. När nervcellerna var aktiva accepterade de inte den onormala elektriska aktiviteten och den epileptiska branden slocknade.

Hippocampus. Källa Wikipedia

Från 20 års ålder tills hon opererade sig 17 år senare kunde Diane få flera allvarliga anfall per vecka. Antingen hittade man henne medvetslös eller så drabbades hon av våldsamma kramper där ben och armar kontraherade okontrollerat. Enligt hennes läkare var risken att dö 1 % per år. Hjärnan är kopplad till hjärtat och ett anfall kan utlösa en hjärtattack. Det var det som hände Florence Griffith Joyner 1998. Riskerna med en operation var betydligt mindre än så och Diane och hennes familj tvekade inte. Hon hade länge trott att sjukdomen var hennes, men det var hela familjens sjukdom. Hennes man och hennes tre barn kunde aldrig slappna av.

Att springa med en hjärnskada
Efter operationen, som genomfördes 1997, upphörde attackerna. En bit av hjärnan avlägsnades och sedan dess har hon en stor blind fläck i vänstra synfältet. Hon har förlorat sin tidsuppfattning och hon har ingen orienteringsförmåga. Hennes minne har försämrats. Hon minns bara huvuddragen, inga detaljer. Alltför mycket ljud och oväsen, som t ex vid en tävlingsstart, gör henne störd och irriterad. Hon brukar därför hålla sig lite för sig själv i starten.

När hon springer 100-tals kilometer har hon ingen aning om hur långt hon sprungit eller hur långt hon har kvar eller hur hon ska springa. Ofta springer hon fel, men med hjälp brukar det ändå lösa sig och hon vinner för det mesta. 

2008 vann hon vid 49 års ålder en av världens hårdaste tävlingar, Yukon Artic Ultra. Ett lopp som de flesta deltagare bryter. Det är 480 km långt och man drar sin utrustning i en släde. Vid ett tillfälle frös hennes vattenflaskor fast och hon blev tvungen att springa i flera timmar utan en droppe vatten. Några dagar senare sprang hon åt fel håll, men hon hade märkt upp vägen med röd tejp (ett av många knep som hennes läkare lärt henne) så hon kunde tålmodigt leta sig tillbaka igen. Det tog fyra timmar att hitta tillbaka, men själva loppet tog 185 timmar och hennes segermarginal var drygt 4 timmar. Hon var den första kvinnan som klarade av hela loppet och hon gjorde det som segrare.

Hennes läkare, Dr Dan Gerber, tror att operationen gjort henne till en bättre löpare. Han tror att hennes upplevelse av smärta är annorlunda. Området i tinningloben som skars bort är inblandat i hur vi tolkar känslor och enligt Dr Gerber tolkar hennes hjärna smärta annorlunda. I en tävling stukade hon foten och fullföljde ändå återstoden av loppet - 130 km.

Diane kan inte längre läsa en karta eller förstå vad som menas med att springa 3 km åt ett håll och sedan ta åt vänster. Det är lika obegripligt som Maxwells ekvationer är för ett barn. I nästan varje lopp springer hon fel. Vid det här laget har alla lärt sig att inte följa mig, säger hon. Men hon är ändå en ledare som många följer. Hon ägnar mycket tid åt välgörenhet och åt att stödja forskning kring epilespi.

En hjärna som inte sätter stopp
Det sägs ibland skämtsamt att ultralöpare är lite hjärnskadade. Det tror inte jag. Att springa långt är mycket mer naturligt än att sitta på en stol i åtta timmar. I Dianes fall stämmer det dock. Hon har en hjärnskada och hon är en framgångsrik ultralöpare. Hon slår personrekord varje år. I stort sett varje månad tävlar hon i något ultralopp runt om i världen. Ju hårdare, desto bättre.

Hennes urgröpta hjärna säger inte stopp. Vad kan det leda till? Det finns inga negativa tankar som stjäl energi. Hon känner inte att det är långt kvar. Hon känner ingen eller bara lite smärta. Smärta är en viktig signal. Den skyddar kroppen från en ännu värre skada. Har ingreppet i hjärnan satt central governor - hjärnans kontroll av organismens homeostas - ur spel? Kan hon springa för långt, som om hennes hjärna var bedövad av amfetamin? Var går gränsen, eller är det så att våra gränser ligger långt bortom hjärnans försiktiga gissningar?

En sex minuter lång video om och med Diane Van Deren.