Wallenberg Academy Fellows

Outforskade djup i hjärnan styr kroppsrörelser

Innan vi rör vår kropp har hjärnan gjort en blixtsnabb sammanställning av all information som krävs för att styra rörelsen rätt. Gilad Silberberg ska studera hur den djupare del av hjärnan som kallas striatum organiserar den processen. Forskningen kan i framtiden bidra till att öka förståelsen av bland annat Parkinsons sjukdom.

Förväntan ligger i luften. På läktarna gungar många tusen åskådare som ser ut över den gröna fotbollsplanen med blicken fäst mot bortre kortsidan. Bollen ligger på straffpunkten. Det går ett sus genom publikhavet. Zlatan Ibrahimović tar sats för att skjuta mot mål och några sekunder senare hörs ett öronbedövande ljud av hoppande och jublande människor. En perfekt träff och bollen studsar in i nätmaskorna innanför främre stolpen.

Samtidigt som allt detta händer pågår full aktivitet i de basala ganglierna. De kan liknas vid hjärnans egen växelcentral där signaler från olika delar av hjärnan, främst hjärnbarken och talamus, kopplas samman för att styra över motorik och sensorik.

Ett tomrum i forskningen

Trots den grundläggande funktion som de basala ganglierna står för är det fortfarande en ganska outforskad del av hjärnan. Samma område är dessutom involverat i allvarliga sjukdomar som Parkinsons sjukdom, Huntingtons sjukdom och Tourettes syndrom.

Förklaringen till bristande forskning är otillgängligheten, förklarar Gilad Silberberg, som är docent vid Karolinska Institutet och utnämnd till Wallenberg Academy Fellow.

– De basala ganglierna ligger djupt i hjärnan och är inte så lätta att komma åt. Forskningen har koncentrerat sig på högre hjärnfunktioner och ägnat mycket mindre kraft åt de underliggande nätverken i hjärnan. Nu är tiden mogen att försöka fylla det tomrummet i forskningen, säger Silberberg.

Avsikten är att närmare i detalj studera vad som händer i hjärnan just innan Zlatan sparkar på bollen eller åskådarna börjar vifta med händerna. Det handlar alltså om att lära sig förstå en viktig del av hjärnans infrastruktur, hela den process som föregår en kroppsrörelse.

I hjärnan finns hundra miljarder nervceller. Synapsen är kopplingspunkten mellan cellerna. De sänder ut elektriska impulser som förvandlas till kemiska signaler, som sedan blir elektriska igen. Det pågår intensiva samtal i hjärnan hela tiden med de basala ganglierna som kopplingsstation.

– Nervcellerna bildar mikronätverk, och vi försöker förstå alla dessa små nätverk. Det finns en rad frågor. Vilka celler pratar med varandra, vilka gör det inte; vilka arbetar med höga frekvenser, vilka har låga; vilka hämmar signaler och tystar ned sina grannar, och vilka släpper igenom informationen?

"Det förändrar hela sättet att tänka. Anslaget ger inte bara den materiella friheten, utan öppnar den vetenskapliga kreativiteten. Det går att genomföra risktagande långsiktiga projekt och anskaffa bättre utrustning, och jag slipper ödsla tid på att skriva en mängd ansökningar för att skaffa mindre anslag. Dessutom är det en prestigefylld utnämning och en bekräftelse på forskningens kvalitet!"

Känselintryck styr hjärnaktiviteten

All information som når de basala ganglierna går via striatum, strimmiga kroppen. Striatum är den stora införselstationen och Silberberg koncentrerar sig på att kartlägga hur nervcellerna är organiserade där. Deras aktivitet styrs inte bara av motorisk information. Även sensorisk information är inblandad.

– Vad vi ser, hör och känner är en väldigt viktig del för att förstå hur striatum och de basala ganglierna fungerar. Vårt laboratorium är fokuserat på den sensoriska delen och försöker studera vad som händer när de basala ganglierna tar emot sensorisk information från hjärnbarken.

Forskarna arbetar huvudsakligen med två metoder. Dels arbetar man med verkliga försöksdjur in vivo och spelar in cellernas aktivitet i de basala ganglierna och hjärnbarken, dels tittar man på fragment av hjärnor in vitro i laboratoriemiljö.

Ökad förståelse av Parkinsons sjukdom

Allt detta är grundforskning och det är svårt att förutsäga en eventuell medicinsk nytta, säger Gilad Silberberg utan omsvep. Men förhoppningen finns att forskningen ska få en praktisk betydelse. Redan nu sker ett visst samarbete med kollegor som studerar Parkinsons sjukdom.

– Det finns några grupper här på Karolinska som studerar Parkinson-patienters hjärnor och vi diskuterar resultaten och jämför med våra djurmodeller. Vi försöker identifiera de aspekter som rör sensorisk integration och mikronätverk som ändras vid sjukdomssymtom. Om det leder till framsteg i behandlingen och förståelsen av sjukdomen skulle jag bli glad.

I framtiden skulle det kanske vara möjligt att se förändringar i Parkinson-patienters hjärnor.

– Att analysera mikronätverk och studera levande celltyper är svårt att göra på människor, eftersom man behöver gå så djupt in i hjärnan. Därför är vi hänvisade till att utföra vår forskning på djurmodeller. Men kanske kan det komma att testas på människor i framtiden.

Gilad Silberberg har sina rötter i Israel och var som barn intresserad av djurs beteenden. På universitetet kom han att läsa kurser i neurovetenskap och blev uppslukad av hjärnans mysterier. Med både en svensk mor och en svensk fru föll det sig naturligt att flytta till Sverige och bygga upp forskning vid Karolinska Institutet. Och han vet att hjärnforskningen garanterat kommer att skapa sysselsättning resten av forskarkarriären.

– Hjärnan är en mycket komplicerad och stor struktur. Problemet, men även det vackra, är att områdena i hjärnan är sammankopplade. Vi lever alltid med illusionen att vi kan förstå hjärnan fullt ut. För att komma framåt måste de stora frågorna brytas ner till mindre frågor som ger detaljerade svar. Sedan kan vi addera pusselbit för pusselbit. Till slut når vi framgångar och tar ett helt kliv framåt. Men hjärnan kommer vi inte att bli klara med på många århundraden ännu, säger Gilad Silberberg.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström