Nu kan forskere slukke og tænde for hjerneceller

Hjerneforskere og ingeniører fra Aarhus Universitet har i fællesskab fundet frem til en algoritme, der kan styre laserlys ind i hjernen så præcist, at de kan ramme bare en enkelt nervecelle.

Det betegner de som et teknologisk gennembrud.

”Det at kunne aktivere neuroner med lys er en milepæl i hjerneforskningen. Vi har arbejdet på teknologien i mange år, men det er først nu, vi er lykkedes med at udvikle software og signalbehandling, som gør det muligt for os at monitorere helt nøjagtigt i realtid, hvad det er for en specifik neuron i hjernen, vi aktiverer med lyset,” siger Kim Bjerge, lektor, Ingeniørhøjskolen Aarhus Universitet.

Laserlys kan blive EEG'ens afløser

Kim Bjerge har sammen med forskere fra The Danish Research Institute of Transnational Neuroscience DANDRITE ved Aarhus Universitet gennemført de første vellykkede forsøg med laserlys på mus, og resultaterne er lovende.

”Når vi kan aktivere en enkelt neuron i hjernen og bevise det, så kan vi i princippet lave komplette kortlægninger af hjerneaktivitet. Det er selve nøglen til at forstå, hvordan en neuron spreder et signal og kommunikerer med andre neuroner i komplekse mønstre,” siger Kim Bjerge.

I dag bruger forskerne elektroencefalografi (EEG) eller hjernescanninger til at studere neuronernes aktivitet i et større mønster. Men de ved meget lidt om den interaktion, der foregår imellem de enkelte hjerneceller.

Nye algoritmer ændrer hjerneforskningen

Helt konkret injicerer forskerne et virus i mus. Det afsætter et særligt molekyle på neuronerne i hjernen, der gør dem lysfølsomme. Derefter kan de modtage lyspulser, som bliver affyret igennem et fiberkabel ind igennem hovedet. 

Metoden er velkendt i videnskabelige kredse. Det har dog hidtil været umuligt at styre lyset tilstrækkeligt præcist imod hjernecellerne og opfange deres rene elektriske signaler. Forskernes gennembrud kan derfor bane vej for helt nye og langt mere detaljerede studier af hjerneaktivitet.

"Det kan vi bruge til mange ting. For eksempel kan vi skaffe ny viden om neurologiske sygdomme," siger Kim Bjerge. 

Han understreger, at teknologien også giver anledning til en række etiske overvejelser:

"Den her metode har et vidtrækkende potentiale, som vi i de kommende år vil begynde at udforske. Men det er samtidig et videnskabeligt gennembrud, der rejser nogle vigtige etiske spørgsmål. Som ingenører står vi jo med et ansvar, når vores arbejde med algoritmer og signalbehandling ændrer præmisserne for hjerneforskningen," siger Kim Bjerge. 

Første skridt i retning af manipulation

Næste skridt er ifølge forskerne at undersøge, hvordan signalerne spreder sig i et netværk af neuroner, hvor hurtigt det foregår og med hvilken styrke. Alt sammen er ny viden, der kan gøre os klogere på hjernens funktion.

”Vi kan i princippet aktivere de enkelte neuroner i hjernen og slukke for andre, og så kan vi monitorere, hvad der sker. Det kan blive rigtig stort for adfærdsforskningen. Vi kan få en meget mere detaljeret forståelse af kognition i det hele taget og på sigt også begynde at påvirke hjernens processer udefra ved hjælp af laserlys,” siger Jesper Hagelskjær, ph.d.-studerende ved The Danish Research Institute of Transnational Neuroscience DANDRITE ved Aarhus Universitet.

Han understreger dog, at teknologien endnu er meget umoden.

”Det lyder simpelt, men det er det ikke. Det kræver et meget tæt samarbejde mellem os hjerneforskere og ingeniører at modne den teknologi, der skal til for at fange de rigtige signaler fra neuronerne. Samtidig er det meget vanskelgt at gennemføre eksperimenterne på mus, fordi vi skal have lyslederkablet ind igennem hjernen uden at komme til at skade vævet,” siger Jesper Hagelskjær.

Projektet er støttet af Lundbeckfonden og Aarhus Universitets Forskningsfond (AUFF).