Hälsa & Vetenskap

Inspiration och fakta

Din hjärna

hjärnan är det mest avancerade i universum

Bilder från NASA

Hur sköter man om sin hjärna?

I ett avsnitt av ”Married with children” har den dumma blondinen Kellys hjärna blivit full. Varje gång hon lär sig något nytt glömmer hon något gammalt. Dessbättre kan detta inte hända i verkligheten. En dator lagrar program och data. Både programminnet och dataminnet kan bli fulla, därför måste vi ständigt byta till modernare datorer med mer minne. Hjärnan är så genialt konstruerad att den aldrig kan bli full.

Hjärnan är inte ett datorminne, utan ett nätverk. Allt vi kan och minns lagras i form av kopplingar mellan hjärncellerna. Ju mer man redan kan, desto lättare är det att lära sig ännu mer. Det finns fler kopplingar att haka på, gamla kunskaper att associera till. Hjärnan fungerar bättre ju mer man använder den och ju mer man lagrar i den. I motsats till datorn kan därför hjärnan aldrig bli full. Nätverket består av 100 miljarder grå celler och varje cell har kopplingar till ett tusental andra celler. När vi lär oss något nytt skapas det nya kopplingar. Antalet kombinationer blir därför ofattbart stort och kapaciteten enorm. Ingen datorkonstruktör har kommit i närheten av en så smart konstruktion!

Det vi kallar tankar och känslor motsvaras av processer i kroppen, framförallt hjärnan. Man kan tom påstå att våra tankar och känslor ÄR processer i kroppen. Eftersom det inte finns någon materiell motsvarighet till själen eller anden, så är detta påstående på sätt och vis riktigt. På den fysiska nivån är kroppen det enda som existerar. På en psykologisk eller social nivå är det förstås lika rätt att tala om känslor och relationer, som om de verkligen existerade.

Skeptiker brukar skadeglatt påpeka att religiösa och mystiska upplevelser kan framkallas genom att hjärnan stimuleras med elektricitet. Därigenom skulle sådana upplevelser kunna bortförklaras som reaktioner i hjärnan. Argumentet är inte särskilt bra. Genom elektrisk stimulans kan man även framkalla upplevelsen att det kryper insekter på försökspersonens hud. Innebär det att insekter inte existerar?

Hjärnan (eller mer korrekt uttryckt nervsystemet) kan ses som en dator. Precis som datorn hanterar hjärnan information. Vi vet idag hur denna informationshantering går till på cellnivå och hur information överförs mellan celler.

Fortfarande vet vi inte riktigt hur detta kan ge upphov till minnen, tankar och komplicerade processer, när de ganska primitiva nervcellerna samverkar i det enorma nätverk de tillsammans utgör. På något sätt uppstår våra komplexa upplevelser och minnen när nervcellernas tillsammantagna tillstånd utgör vissa kombinationer. Ett visst minne skulle tex motsvaras av en viss kombination av tillstånd hos ett antal nervceller.

Hur dessa koder, vilka nervceller som ska ha vissa tillstånd, lagras och hur dessa kombinationer av tillstånd kan ge upphov till upplevelser och minnen vet vi inte så mycket om. Däremot tror man inte längre att minnen lagras som ”datafiler” i form av animeringar, text, dofter osv. Det handlar snarare om att nervcellerna bildar vissa kombinationer av tillstånd.

carina nebulosan

Hjärncellen – så funkar den

I nervsystemet överförs information mha aktionspotentialer. Dessa aktionspotentialer påminner en del om datorns ettor och nollor, som representeras av att en transistor leder eller inte leder elektrisk ström. I hjärnan är det nervceller som antingen har eller inte har elektrisk laddning, aktionspotential. Dessa nervceller eller enbits-minnen är hjärnans primitivaste byggstenar, precis som transistorswitcharna är datorns primitivaste byggstenar.

Hjärnan använder en avancerad nätverksteknik, som kan påminna lite om datorns logiska grindar. Genom att koppla ihop ett antal transistorkretsar, som var och en kan representera ett eller noll, kan man representera vissa logiska villkor. Man kan tex skapa en enhet där två insignaler måste vara ettor för att utsignalen ska bli en etta. Då har man gjort en AND-krets, den ena signalen OCH den andra signalen måste vara ett för att resultatet ska bli ett. Hjärncellerna kopplas ihop på ett mycket komplicerat sätt, som gör att avancerade tillstånd och villkor med tusentals inblandade celler kan representeras av en enda aktionspotential.

Samtidigt är hjärnan analog. Elektriska signaler kan vara starka eller svaga, koncentrationer av kemiska ämnen, som används vid signalöverföring, kan vara höga eller låga. Aktionspotentialer skulle kunna kallas digitala, de är en form av antingen eller, ett eller noll.

Synapspotentialer (inkommande signaler från andra celler) är däremot graderade. Vid signalbehandling kan värdena hos många synapspotentialer läggas ihop, så man får en analog signalbehandling. Den kemisk-elektriska och digital-analoga hjärnan är därför mer avancerad än den elektriska, digitala datorn.

En nervcell kan skicka ut signaler i form av elektriska impulser eller aktionspotentialer. En enskild nervcell kan behandla information på ett ganska avancerat sätt. Resultatet av denna behandling avgör huruvida cellen ska skicka informationen, dvs aktionspotentialen, vidare eller inte. Insignalerna utgörs av hämmande och stimulerande synapspotentialer.

Det krävs ett stort antal stimulerande synapspotentialer, för att resultatet ska bli en utgående aktionspotential. De ingående synapspotentialerna summeras och om tröskelvärdet överskrids uppstår en aktionspotential. Hämmande synapspotentialer gör att ännu fler stimulerande synapspotentialer krävs för att tröskelvärdet ska uppnås. Storleken på de inkommande synapspotentialerna kommer att påverka frekvensen av utgående aktionspotentialer. Man kan därför se en nervcells signalbehandling som att analoga värden digitaliseras. Ju högre inkommande (stimulerande) värden, desto tätare kommer aktionspotentialerna eller de utgående digitala signalerna att bli.

En enda nervcell kan alltså hantera analoga och digitala signaler på ett ganska komplicerat sätt. Det är den samlade utvärderingen av alla inkommande hämmande och stimulerande signaler, som avgör huruvida det ska bli en utgående signal eller inte. Eftersom miljarder nervceller är hopkopplade i nätverk, så blir variationsmöjligheterna och därmed nervsystemets kapacitet imponerande.

Och det här är bara en liten, liten början! Människohjärnan är det mest komplicerade som existerar i universum. Kanske är hjärnan så komplicerad att den inte kan förstå sig själv. Då kommer vi aldrig att få något slutgiltigt svar på hur hjärnan fungerar.

tarantula nebulosan

Hjärnan älskar att jobba

Vi kan reagera på ett inlärt eller ”reflexmässigt” sätt när vi fångar en boll, blir omkörda i trafiken eller får kritik på jobbet. Snabba rörelser och reaktioner blir bäst om man lär in dem genom ständig upprepning. Långsammare, mer varierade rörelser hanterar hjärnan på ett annat sätt, med styr- och reglerteknik. Den utgående styrningen varieras beroende på skillnaden mellan rörelsen man vill uppnå och den verkliga rörelsen.

Detta är ett system med återkoppling. Man skickar ut en signal och tar in återkoppling i form av resultatet som åstadkoms. Signalen ändras, tills skillnaden mellan börvärdet (hur det ska vara) och ärvärdet (hur det är) blir så liten som möjligt. Detta arbetssätt kan även användas tex i samspel med människor. Istället för att låta vanans makt styra, så kan vi vara lyhörda för feedback eller återkoppling och anpassa vårt beteende så vi får den reaktion vi vill ha från omgivningen.

Man förstår hur viktiga kopplingarna mellan hjärncellerna är för inlärningen, när man får veta att ett nyfött barns hjärna bara väger en fjärdedel av en vuxens. Efter födseln skapas inga nya hjärnceller, men de tillkommande tre fjärdedelarna består av nya kopplingar mellan de befintliga hjärncellerna! Detta ger även hopp inför ålderdomen. Med åren kommer allt fler hjärnceller att dö, men detta kan vi kompensera för genom att vara aktiva och lära oss nya saker, så det skapas nya kopplingar i hjärnan.

Från tjugoårsåldern till ålderdomen dör normalt ungefär tio procent av våra hjärnceller. (Även om en del nya nervceller skapas.) Genom att använda de kvarvarande hjärncellerna effektivare, så kan vi behålla vår mentala förmåga, även om vi aldrig kommer att kunna slå barnbarnen i tevespel. Med tanke på den otroliga ökningen av kopplingar i hjärnan under de första åren, så är det inte så konstigt att små barn är bättre än vuxna på att lära sig tex tevespel eller ett nytt språk.

Om vissa hjärnceller dött, tex efter en stroke, så kan andra hjärnceller läras att utföra deras uppgifter. Om cellerna i talcentrum dött, så är det därigenom ändå möjligt att lära sig tala igen. Man kan läsa om att olika funktioner sitter i olika delar av hjärnan, men hjärnan är flexibel och olika delar kan samarbeta eller delvis ta över varandras funktioner.

All inlärning kräver dock upprepning, tålamod och uthållighet. Det är kanske lättare att fortsätta traggla med det man ska lära sig, om man vet att nya kopplingar i hjärnan är under uppbyggnad och blir färdiga i sinom tid, bara man fortsätter träningen. När det tar stopp i utvecklingen och man inte kommer någonstans (en sk inlärningsplatå) så är detta bara ett tecken på att nya kopplingar i hjärnan håller på att skapas. När de är klara lossnar det igen.

Inlärning sker genom att nya kopplingar skapas i det nätverk nervcellerna och länkarna mellan dem utgör. Därför är det lättare att lära sig mer om något man redan kan. Om man redan kan en massa om kemi, så finns det många ställen där man kan haka på ny information, i form av nya kopplingar mellan celler. Nya saker kan relateras till sådant man redan kan. Om man försöker lära sig något helt nytt, tex tibetansk grammatik, så blir dessa nya kopplingar hängande i luften. Det finns inte gamla kopplingar inom området tibetansk grammatik att knyta an till. Vartefter man lär sig det nya ämnet blir det dock lättare och lättare att lära sig ännu mer.

Detta förklarar också det pedagogiska greppet med att förklara nya begrepp med begrepp, som eleverna redan känner till. Om man säger att en hjärncell är som en liten dator, så kan denna nya information kopplas på det gamla begreppet ”dator”. Försöker man förklara något för eleverna helt okänt, så har de svårt att hitta några ställen i hjärnan att sätta fast de nya kopplingarna.

Detta innebär även att man inte behöver specialisera sig. Om man kan ett ämne så är det lättare att lära sig ett till. Ju mer olika saker man känner till, desto lättare är det att få associationer och relatera ny kunskap till gammal. Att intressera sig för något annat än sin fackkunskap kan därför vara smart, hjärnan fungerar bättre och även ny fackkunskap blir lättare att lära sig.

Detta försöker jag visa med mina bloggar. På den här skriver jag om både neurologi och teologi. Det innebär inte att ämnena konkurrerar om plats i min hjärna, tvärtom så gör det ena ämnet det lättare att lära sig och skriva om det andra.

Att hjärnan skulle kunna bli överbelastad av för mycket kunskap är ren vidskepelse – ju mer kopplingar, desto bättre fungerar hjärnan. I det avseendet fungerar hjärnan på motsatt sätt jämfört med ett datorminne eller en hårddisk. Den blir inte full, utan rymmer mer ju mer vi stoppar in i den!

Därför är livslångt lärande så viktigt, både för hjärnans funktion och vårt eget välbefinnande. Evolutionen har gjort att vi trivs när vi får använda hjärnan. Att alltid vila och ta det lugnt gör bara att vi blir understimulerade och mår dåligt. När det gäller hjärnans funktion är det som med en muskel: Use it or loose it. Muskelcellerna växer när vi använder dem, nervcellerna får fler kopplingar när vi använder dem.

iris nebulosan

Droger och läkemedel

Hur signalöverföringen mellan hjärncellera går till är väl dokumenterat. Många moderna läkemedel har kunnat tas fram och förbättras genom denna kunskap. Tidigare fick man prova sig fram och se vad som råkade fungera. Nu kan man gå in och designa läkemedel för att vara selektiva, göra det de ska och ingenting annat. Därigenom kan de bli både effektivare och mer fria från biverkningar.

Vi kan i allt större utsträckning gå in och styra enstaka kemiska ämnen, indirekt de berörda nervcellernas signaler, på detaljnivå. Detta får särskilt stor betydelse för behandling av nervrelaterade sjukdomar som parkinsons sjukdom, schizofreni och depression. I förlängningen kanske vi kan bota sjukdomar som MS och alzheimers sjukdom. I framtiden skymtar mirakelmedel, som gör oss intelligentare eller lyckligare.

Den elektriska laddningen hos en nervcell kallas aktionspotential och åstadkoms genom att elektriskt laddade joner vandrar in och ut genom cellens vägg. Man kan se en cell med aktionspotential som aktiv eller etta och en cell utan aktionspotential som vilande eller nolla. Inkommande signaler kan då ses som logiska ettor och nollor, cellens logiska villkor skulle då motsvara de logiska operationerna i ett datorprogram. Utsignalen A blir etta om insignalerna B och C är ettor och insignalen D är nolla. Hjärnan är dock mer komplicerad än en digital dator med sådana program. Den är inte bara elektrisk, utan även kemisk.

Om nervcellerna vore fysiskt ihopkopplade skulle de få samma potential eller elektriska laddning. För att de ska isoleras elektriskt från varandra, så finns det ett mellanrum mellan sändande och mottagande cell. Detta mellanrum kallas synaps. Signalöverföringen i mellanrummet är kemisk, ett signalämne skickas från den sändande till den mottagande cellen.

Cellen före synapsen, den presynaptiska cellen, släpper ut ett signalämne i synapsen. Detta signalämne tas upp av cellen efter synapsen, den postsynaptiska cellen. Vad som egentligen händer är att signalämnet binds till en receptor på den postsynaptiska cellens yta. En receptor är som ett lås. Till detta lås passar bara en nyckel, andra nycklar går inte att sätta in i låset. Varje receptor fungerar bara med ett signalämne. En receptor som kan aktiveras av dopamin kallas dopaminreceptor. Andra signalämnen eller kemikalier har ingen effekt på den receptorn. Den kemiska signalöverföringen består alltså i att den presynaptiska cellen släpper ut ett visst signalämne, som sätter sig i receptorer för detta signalämne, på den postsynaptiska cellens yta. En insignal består i praktiken av att en av nervcellens receptorer aktiverats. Svårare är det inte.

Återupptag är att den presynaptiska cellen tar tillbaka signalämnet för att kunna använda det igen. Om man minskar återupptaget ökar alltså halten av signalämnet i synapsen.

Autoreceptorer är receptorer på den presynaptiska cellen. De reglerar frisättningen av signalämnet i synapsen. Om man kan påverka autoreceptorerna, så de tror att halten av signalämnet i synapsen är lägre än den är, kommer frisättningen att öka.

Det behövs vissa ämnen för att tillverka signalämnen. Serotonin tillverkas tex av tryptofan. Tryptofanbrist kan alltså leda till för låga serotonionnivåer. För att undvika tryptofanbrist kan man äta livsmedel som innehåller tryptofan, tex mjölk, kött eller banan. För att kroppen ska kunna ta upp tryptofanet behövs kolhydrater. Mjölk och kakor vid sänggåendet kan alltså vara ett sätt att undvika tryptofanbrist, serotoninbrist och sömnsvårigheter.

Kroppen förnyar hela tiden alla ämnen och även signalämnena bryts ned. Genom att minska nedbrytningen av ett signalämne kan man höja nivån av detsamma i synapserna.

Ett sätt att lura cellerna är att använda ämnen som imiterar signalsubstanserna. En agonist är en falsk nyckel, den har samma effekt som signalämnet. En dopaminagonist har alltså samma effekt som dopamin. En antagonist sätter sig i receptorn, men utlöser ingen effekt. Den blockerar bara receptorn för det riktiga signalämnet. En dopaminantagonist blockerar alltså dopaminreceptorerna, så dopaminets effekt uteblir.

Flera likadana celler bildar vävnad (nervvävnad). Flera vävnader bildar ett organ (hjärnan). Flera organ bildar organsystem (nervsystemet). Flera organsystem bildar människokroppen. Det filosofiskt intressanta är att själen, våra tankar och känslor, är en del av denna kropp. Vetenskapen känner inte till någon annan substans, som själen skulle kunna bestå av. Att påverka kroppen är att påverka själen.

Enligt en teori är våra känslor bara en upplevelse av kroppen. Hjärtat slår inte fort för att vi känner oss rädda, vi känner oss rädda för att hjärtat slår fort. Talesättet en sund själ i en sund kropp skulle alltså kunna tolkas bokstavligt. Andra protesterar och menar att religion, konst, skönhet, kärlek och ideal inte kan reduceras till fysiska processer. Vi väntar fortfarande på det slutgiltiga svaret på frågan om sambandet mellan kropp och själ. Under tiden är det funktionellt att betrakta känslor och tankar som processer i kroppen, framförallt i hjärnan. Signalämnena har en nyckelroll i dessa processer. För att öka effekten av ett signalämne kan man gå flera olika vägar.

1. Öka receptorernas antal eller känslighet
2. Öka produktionen av signalämnet
3. Minska återupptaget av signalämnet
4. Minska nedbrytningen av signalämnet
5. Använda en agonist till signalämnet
6. Blockera autoreceptorerna med en antagonist till signalämnet.

För att minska effekten av ett signalämne gör man bara tvärtemot.

De viktigaste ämnena, när det gäller hur vi känner oss, är av en kemisk typ som kallas monoaminer. Serotonin, noradrenalin och dopamin är de tre viktigaste och mest välkända monoaminerna. Numera anser man dock att det är lika viktigt hur receptorerna fungerar. Halten av tex serotonin säger inte allt om tillståndet i hjärnan. Man talar därför hellre om tillståndet i serotoninsystemet, än om mängden serotonin i synapserna. Även balansen mellan olika monoaminer har betydelse.

Om man tar psykofarmaka stiger halten av signalämnet snabbt, men det tar ganska länge innan effekten kommer. Detta är en av anledningarna till att man talar om monoaminhypotesen. För att något ska anses som ett bevisat faktum krävs väldigt starka bevis i vetenskapliga sammanhang. Det kan ändå vara funktionellt att arbeta utifrån monoaminhypotesen, eftersom den tycks stämma ganska bra med hur det fungerar i verkligheten. Att läkemedlen inte fungerar direkt skulle kunna bero på att nivån av monoaminer (som kan mätas) snarare är en effekt av humöret än tvärtom. En annan förklaring skulle kunna vara att återupptagshämningen (när det gäller SSRI-preparat) vid cellernas långa utskott kommer först, men effekten på humöret kommer först när serotoninnivån vid de korta utskottens synapser stiger.

Läs mer:

Hjärnhälsa del 1

Hjärnhälsa del 2

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s

 
Följ

Få meddelanden om nya inlägg via e-post.

%d bloggare gillar detta: