Marianne Fyhn

Intervjuet av Ellen Lange og Olav Hamran 20. desember 2010, Oslo

 


Hjernens universalkart

 

Marianne Fyhn er biolog og førsteamanuensis ved Institutt for Molekylær Biovitenskap ved UiO. Hennes forskning omhandler hukommelse, stedsans og hvilke mekanismer/forandringer i hjernen som ligger til grunn for læring.

Marianne Fyhn er biolog og førsteamanuensis ved Institutt for Molekylær Biovitenskap ved UiO. Hennes forskning omhandler hukommelse, stedsans og hvilke mekanismer/ forandringer i hjernen som ligger til grunn for læring. Etter å ha skrevet hovedfagsoppgave om sjøfugler på Svalbard, begynte hun som stipendiat ved Senter for hukommelsesbiologi ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) i Trondheim. Senteret ledes av May Britt og Edvard Moser, som også var Fyhns veiledere. I 2005 leverte hun sin doktorgradsavhandling, som Society for Neuroscience kåret til den mest fremragende doktorgradsavhandlingen innenfor nevrovitenskap dette året. Avhandlingen (Representasjon av sted i hippocampus og entorhinal cortex) påviste en type hjerneceller som ingen hadde sett maken til før, viste at disse nervecellene i området entorhinal cortex i tinninglappen danner et kart over omgivelsene, og at aktiviteten i dette området er avgjørende for stedsansen.

Hvor sitter stedsansen?

Det har lenge vært kjent at den delen av hjernen som kalles hippocampus er sentral for læring og hukommelse, forklarer Fyhn. Hvis mennesker får skade i denne strukturen, for eksempel ved Alzheimer’s sykdom eller ved hjerneslag, ødelegges evnen til å danne nye minner. Også i forsøk med dyr hvor hippocampus blir fjernet eller skadet ser en at dyret ikke klarer å danne nye minner eller løse romlige (spatiale) oppgaver. Det at dyr mister evnen til å løse oppgaver der de er avhengige av å finne fram, ble tolket som at stedsansen «sitter» i hippocampus. Denne teorien ble styrket da den engelske nevroforskeren John O’Keefe tidlig på 1970-tallet implanterte elektroder i hjernen til rotter, og man så at de enkelte nervecellene i hippocampus kun var aktive når rotta var på et bestemt sted i rommet; én nervecelle var aktiv når rotta var i et hjørne, en annen når rotta var i midten av miljøet. Når man så på aktivitetsmønsteret til mange nerveceller, dannet de et kart over omgivelsene.

I løpet av de siste 35 årene har oppfatningen av at stedsansen er relatert til nervecellene i hippocampus blitt utfordret på flere måter. Flere og flere studier tydet nemlig på at aktiviteten til hippocampus-cellene var sensitive for forandringer i miljøet som ikke var relatert til stedsinformasjon, men heller til egenskaper eller hendelser i miljøet. Hippocampus-cellene dannet mange kart for ett og samme sted, «noe som er lite hensiktsmessig dersom du kun er ute etter stedsinformasjon. I hippocampus dannes nye minner hele tiden. Det er kanskje ikke det du ønsker, når du trenger et stabilt kart, at kartet stadig endres», sier Fyhn. I 1990-årene var det noen forskere som lanserte hypotesen om at stedssansen kunne være lokalisert utenfor hippocampus, og at nye minner oppstår ved at hippocampus sammenholder informasjon om hendelsen med stedsinformasjon. Det ble gjort flere forsøk på å finne stedselektive nerveceller i nærliggende hjerneområder til hippocampus, men man klarte ikke å påvise tilsvarende stedsinformasjon som den man fant i hippocampus-cellene. Dette styrket oppfatningen av at stedsansen «satt» i hippocampus.

Kollegaer av Fyhn, Vegard Brun og Mona Otnæss, fant imidlertid at hippocampus-cellene uttrykte stedsinformasjon selv etter at deler av hippocampus var ødelagt. Dette pekte også mot at stedsinformasjonen dannes utenfor hippocampus. Forskerne ved Senter for Hukommelsesbiologi samarbeidet med en av verdens ledende anatomer, professor Menno Witter (da i Nederland, nå hos «Moserne»), som har hippocampus og omliggende hjerneområder som spesiale. Som anatom hadde han lenge jobbet med hvordan nervecellene i disse områdene er koblet sammen og hvordan informasjonen overføres mellom hjerneområder involvert i hukommelse og læring. Han mente at skulle man lete etter stedsansen, måtte man fokusere på ett bestemt område av entorhinal cortex. Fyhn begynte å registrere fra det området. «Vi fant at hjernecellene i entorhinal cortex hadde akkurat like god stedsinformasjon som hippocampus cellene», sier hun. «Men aktiviteten var annerledes ved at de ikke bare var aktive på ett sted i rommet men flere steder». Disse funnene var oppsiktsvekkende i og med at stedsinformasjonen endelig ble flyttet ut av hippocampus. En amerikansk forsker, William Skaggs, ble så opprømt over aktivitetsmønsteret til disse cellene at han tegnet for hånd det han mente ville skje med aktivitetsmøsteret dersom rotten ble presentert for et større miljø. På samme tid testet Fyhn og kollega Torkel Hafting rottene og da så man umiddelbart at aktiviteten til disse cellene dannet et repeterende symmetrisk rutenettmønster av likesidede trekanter. Cellene kalles gitterceller og dette funnet har fått enorm interesse og er blitt betegnet som en av de største oppdagelsene innen feltet på flere tiår.

Ny innsikt

Dette ga ny innsikt om hvordan rom uttrykkes i hjernen. «Kartet» som er generert dypt inne i hjernen ettersom entorhinal cortex mottar all mulig sanseinformasjon fra andre hjerneområder. I disse cellene fant man en generell mekanisme, som man så lenge hadde sett etter i hippocampus. «Det er ingen som vet hvorfor rutemønsteret dannes. Naturen er full av symmetri, men gittercellene er første gang det er påvist at også elektrisk aktivitet i hjernen kan danne slike symmetriske mønstre. Den store «fordelen» for hjernen er nok at det er økonomisk gunstig for hjernen å ha et universelt metermål. Et allmenngyldig kart slik at du til enhver tid kan du vite omtrent hvor langt du har gått og hvor du befinner deg i rommet», forklarer Fyhn. Gittercellene fôrer hele tiden hippocampus med informasjon om hvor vi er, og cellene i hippocampus kan sette sammen informasjon om sted og rom med informasjon om andre egenskaper ved miljøet, og danne episodiske minner. «Online-informasjonen» fra gittercellene sammenholdes også med lagrede minner i hippocampus og dersom de ikke stemmer overens, oppdateres eller etableres nye minner i hippocampus. Fyhn forklarer hvordan gittercellene virker ved å referere til det å skulle orientere seg med lukkete øyne. Når man starter vet man hvor man er og hvilken retning man går og man kan telle skritt for å holde orden på hvor langt man går, men jo lenger man går, desto vanskeligere blir det å vite hvor man er. Om man derimot har mulighet til å lukke opp øynene iblant og supplere med informasjon om miljøet rundt og ting man kjenner igjen derfra, vet man til enhver tid hvor man er.

Rotteforsøkene til Fyhn og hennes kollegaer bekrefter teorien om at cellene i entorhinal cortex og hippcampus møter orienteringsoppgaver forskjellig. «Hippocampus er veldig sensitiv for forandring», sier Fyhn. Hvis rottene er blitt skremt et sted, produseres et ganske annet kart enn det som ble laget samme sted før den skremmende hendelsen. Av denne typen funn har forskerne utledet at cellene i hippocampus i likhet med gittercellene har stedskoordinater, men at de også forholder seg til en mengde annen informasjon om egenskaper ved miljøet. Dette blir en måte å forklare minner på, og samsvarer godt med en utbredt erfaring om at det er vanskelig å tenke på noe som har skjedd uten samtidig, på et eller annet nivå, å tenke på hvor det skjedde. Gittercellene «bryr seg» derimot ikke om at ting i miljøet forandres – cellene vedblir med å produsere det samme rutenettmønsteret.

Elektroder festes til rottehjerner

Hjernen til pattedyr (inkludert mus og mennesker) er bygd opp etter de samme prinsippene, selv om proporsjonene er ulike. Funn fra mus- og rottehjernene har derfor stor grad av overføringsverdi til menneskehjernen. Forsøkene med cellene i hippocampus og entorhinal cortex har primært vært gjort på rotter og mus. Først anesteseres dyret og hårstråtynne elektroder opereres inn i det området som skal undersøkes. Deretter trenes rotta til oppgavene den skal utføre. Det er viktig at dyrene har det bra, for ellers vil de ikke utføre noen oppgaver. Et typisk forsøk for å undersøke stedssanscellene går ut på at rotta plasseres på et bord med vegger der det ligger sjokoladekjeks rundt på gulvet. Elektrodene i rottehjernen er festet til en liten kontakt oppe på skallen som så koples på en ledning. Ledningen er festet til et fleksibelt system slik at rotta kan bevege seg fritt rundt i boksen. Etter at rotta har vent seg å være i boksen, vil den løpe omkring og lete etter kjeksbiter. Mens rotta leter etter kjeksen, vil elektrodene fange opp aktiviteten fra nærliggende nerveceller og det lagres på en tilkoplet PC. De elektriske signalene fra cellene registreres og blir omformet til lydsignaler. En aktiv nervecelle fra hippocampus eller entorhinal cortex likner lyden av poppende popcorn, forklarer Fyhn. Under forsøket vil popcorn-lyden være et av flere kjennetegn på at en registrerer fra det ønskede hjerneområde. Rotta blir samtidig filmet av et kamera som henger i taket, slik at en til enhver tid vet hvor den befant seg når den bestemte nervecellen var aktiv. Ved å legge informasjonen om den enkelte nervecellens aktivitet over kartet over hvor rotta løp, kan man finne et nøyaktig adferdskorrelat til hver enkelt nervecelle.

Denne typen forsøk ble repetert mange ganger. «Vi gjorde ulike forsøk for å finne ut hva nervecellene egentlig fortalte oss, og vi prøvde å manipulere omgivelsene mest mulig for å forstå mest mulig av det kartet vi hadde funnet», forteller Fyhn. De to originale funnene, av stedsceller i entorhinal cortex og oppdagelsen av grid celler ble publisert som fulle «Research Articles» i Science (i 2004) og Nature (i 2005). Utdypningen av egenskapene til gridcellene og interaksjonene mellom disse cellene og hippocampus resulterte i ytterligere en artikkel i Science (i 2006) og to i Nature (i 2007 og 2008). I forskermiljøene blir dette betegnet som et av de viktigste funnene innen feltet på 30 år. Størrelsen på nevroforskningen som forskningsområde kan illustreres ved at rundt 30 000 forskere innen nevrovitenskap deltok på møtet da hun fikk prisen for den mest fremragende doktoravhandlingen. I 2006 fikk Marianne Fyhn og Torkel Hafting Det Kongelige Norske Vitenskaber Selskaps pris for yngre forskere, og i 2007 mottok de Fritjof Nansens belønning for yngre forskere. De to har nylig kommet tilbake etter et 2 års opphold ved University of California San Francisco i USA, der de har studert synshjernebarken og lært nye metoder som de vil benytte i sin forskning ved Institutt for Molekylær Biovitenskap ved Universitetet i Oslo. De vil undersøke hva som skjer i hjernen under læring og hvilke forandringer som skjer med den enkelte nervecelle når nye minner etableres. Fyhn og Hafting ønsker å kombinere elektrofysiologi med mikroskopiteknikker og genetiske metoder slik at man kan se på prosessene som finner sted i hjernen til våkne, aktive dyr mens de lærer.

     
 

Teknisk museums åpningstider

Pinsen 2019:
1. og 2. pinsedag: Åpent 11–18

I skoleåret:
Tir–fre: 9–16 | Lør–Søn: 11–18 | Man: Stengt

Museet er stengt på disse dagene:
Julaften, 1. juledag, nyttårsaften, 1. nyttårsdag og 17. mai.

Sommeråpent
22. juni–18. august: 11–18

Les mer om åpningstider.

Billetter:
Barn 4-17 år: kr 100 | Voksne: kr 150 | 2v+4b: kr 450 | Les mer om billettpriser

Finn oss
 | Kontaktinfo | Mer praktisk info
Begrenset antall parkeringsplasser.


britiskeflagget 30Information in English