Den foranderlige hjerne

Tekst af Jesper Mogensen, professor, leder af The Unit for Cognitive Neuroscience, Københavns Universitet og direktør for Research Centre for Brain Injury Rehabilitation

For at kunne forstå mekanismerne, som gør det muligt at blive genoptrænet efter en hjerneskade, er det vigtigt at vide, hvor henholdsvis statisk eller foranderlig vor hjerne er – uanset om den er skadet eller ej.

Vor hjerne består af ca. 100 milliarder nerveceller, også kaldet neuroner. Der er nogen usikkerhed om det nøjagtige antal, som også varierer fra individ til individ, men størrelsesordenen er der ikke tvivl om. Det enorme antal nerveceller er indbyrdes forbundet i et næsten ufatteligt kompliceret netværk. Hver enkelt neuron modtager forbindelser – som kaldes synapser – fra op til mellem 5.000 og 10.000 andre nerveceller og sender selv forbindelser til op til mellem 5.000 og 10.000 andre neuroner.
En hjerne består altså af et nærmest ubeskriveligt komplekst netværk af indbyrdes forbundne neuroner. Det formodes, at al information er indkodet i hjernen via forbindelsesmønstrene inden for de enkelte netværk af neuroner i hjernen. Information kan i denne forbindelse være alt lige fra, hvordan man udfører en kompliceret bevægelse (fx server i tennis) til, hvordan ansigterne i ens nærmeste familie ser ud, eller hvordan man finder vej fra hjemmet til arbejde. Al sådan information er altså ”nedskrevet” i form af forbindelsesmønstre mellem hjernens nerveceller.
Hvordan nerveimpulser spreder sig inden for et givet netværk, når det aktiveres, afgøres af hvilke nerveceller, der er indbyrdes forbundne, og hvor effektive forbindelserne er med hensyn til enten at aktivere eller hæmme det næste neuron. Og det er netop spredningen af aktivitet gennem cellenetværkene, som muliggør hjernens funktion og personens løsning af opgaver rækkende fra at bevæge sig til at tænke og huske.
Brug ændrer synapser og netværk
Men hvis denne antagelse om, at al vor viden er repræsenteret i form af hjernens netværksmønstre, skal være rigtig, må det jo også betyde, at vi konstant ændrer og omlægger disse netværk. Og det er faktisk også tilfældet. Allerede for knap 30 år siden begyndte vi i dyremodeller at kunne vise, hvordan brug af hjernen hos voksne og såkaldt ”færdigudviklede” individer resulterer i ændringer af netværksforbindelserne.
I forbindelse med indlæring, problemløsning, forsøg på løsning af i realiteten uløselige problemer osv. fandt vi en række ændringer i hjernerne på de individer, der udførte noget sådant. Vi så vækst af eksisterende synapser (altså forbindelser mellem nervecellerne) og formindskelse eller bortfald af eksisterende synapser – men også dannelse af helt nye forbindelser, som ikke havde eksisteret før den pågældende erfaring.

Disse omstruktureringer af hjernen kan finde sted i stort set alle hjerneområder. Hvor vi finder dem i den enkelte situation kommer an på, hvilken opgave det pågældende individ har arbejdet på at løse.
Da forskellige dele af hjernen er specialiserede, betyder det, at en given opgave først og fremmest medfører aktivitet i et bestemt begrænset antal hjerneområder. Hvilke hjerneområder kommer an på opgavens art. Og det viser sig, at det netop er det unikke sæt af hjernestrukturer, der anvendes ved den pågældende opgave, som får sine netværk omstruktureret hos dem, der løser opgaven – eller forsøger på at gøre det.
Violinistens venstre hånd
Hos mennesker kan man af praktiske og etiske årsager ikke helt så direkte undersøge ændringerne af selve synapserne i forbindelse med opgaveløsninger. Men ved scanningsundersøgelser kan man hos mennesker, der har gennemgået særligt ekstreme former for træning, se en omstrukturering af hjernen, som sikkert afspejler tilsvarende netværksændringer. Fx har det vist sig, at eliteviolinister har et større område end andre til at repræsentere den venstre hånd (en hånd, der stilles ekstreme krav til i forbindelse med at spille violin).

Hos blinde, som har lært blindskrift, er de hjernebarksområder, som repræsenterer de fingerspidser, der benyttes ved læsningen, større end hos en kontrolgruppe, og hos taxachauffører i London viser det sig, at en bestemt del af hjernen – den bageste del af en hjernestruktur, der hedder hippocampus, i højre hjernehalvdel – er større, jo længere tid den pågældende har fungeret som taxachauffør.

Denne del af hippocampus formodes bl.a. at være vigtig for geografisk hukommelse og rumlig orientering, og der er formentlig tale om, at den stadigt større geografiske viden hos disse taxachauffører resulterer i stadigt mere komplekse (og pladskrævende) forbindelsesmønstre inden for netop denne del af hjernen.
Nye neuroner – og beskyttelse af gamle
Måske skyldes fx den erfaringsrelaterede vækst af hippocampusområder ikke alene mere komplekse forbindelsesmønstre (med tilhørende større udløberareal for de enkelte nerveceller), men også et stigende antal nye nerveceller. I modsætning til hvad man troede for blot 10-15 år siden, ved vi nemlig i dag, at nydannelsen af nerveceller ikke stopper omkring fødselstidspunktet, men derimod fortsætter gennem hele livet.

I flere dele af hjernen (bl.a. inden for hippocampus) sker der en løbende dannelse af neuroner, som i et vist omfang bevæger sig ud i den øvrige hjerne og bliver integreret i diverse netværk. I hvor høj grad de nydannede nerveceller overlever og kommer til at fungere, afhænger bl.a. af dannelsen af de såkaldte trofiske faktorer – nogle livgivende stoffer – som gennem hele livet produceres i hjernen og medvirker til at holde såvel nye som gamle nerveceller sunde og i live. Uden de neurotrofiske faktorer ville vor hjerne ikke kunne fungere og ville langsomt dø.

Det ser ud til, at en række forskellige påvirkninger kan øge produktionen af trofiske faktorer og dermed både beskytte eksisterende nerveceller og øge sandsynligheden for overlevelse af nydannede neuroner.
I det mindste nogle former for hjerneskade kan tilsyneladende have en sådan form for stimulerende virkning – og dermed bliver mulighederne for en normaliseringsproces muligvis fremmet. Men også en generel brug af hjernen (for eksempel tænkning og opgaveløsning) samt motorisk aktivitet så som jogging ser ud til at øge dannelsen af trofiske faktorer og antallet af overlevende, nydannede nerveceller i hjernen.
Omstrukturering af den skadede hjerne
Det ligger dog fast, at uanset hvor stor dannelsen af nye nerveceller kan blive, vil et mistet hjerneområde (fx efter en blodprop i hjernen) aldrig vokse ud igen.
Derimod kan vi i forskningen se, at den resterende del af hjernen får omstruktureret sine synaptiske forbindelser og dermed neurale netværk, således at den fungerer på en ny og anderledes måde. Med den rette træning og stimulation kan de bevarede dele af hjernen efter en hjerneskade omorganiseres således, at de ved skaden mistede funktionsmuligheder efter endt behandling kan løses på nye, men potentielt lige så effektive måder at anvende hjernen.
Det skadede hjerneområde og de præcise informationsbearbejdninger, som dette udførte, vil man ikke kunne genvinde, men takket være den neurale plasticitet kan resten af hjernen løse de samme opgaver – og måske endda lige så godt som før, skaden ramte.