Neurovetenskap: ett sätt att förstå hur sinnet fungerar
Målet med neurovetenskap har traditionellt varit att förstå hur nervsystemet fungerar. Både funktionsmässigt och strukturellt vill denna disciplin veta hur sinnet fungerar, hur hjärnan är organiserad. Den vill dock även ta reda på hur hjärnan påverkar våra beteenden, tankar och känslor.
Att relatera den fysiska hjärnan till det konceptuella sinnet är vad kognitiv neurovetenskap gör. Det är en blandning av neurovetenskap och kognitiv psykologi. Det sistnämnda har att göra med kunskap om högre funktioner, såsom minne, språk och uppmärksamhet.
Nyligen utvecklade tekniker har möjliggjort ny forskning inom detta fält. Studier av neuroradiologi har möjliggjort uppgiften att koppla konkreta strukturer till olika funktioner. Ett verktyg är speciellt användbart här: funktionell magnetresonanstomografi, fMRI. Verktyg som transkraniell magnetstimulering har också utvecklats för att behandla olika patologiska tillstånd.
Början på neurovetenskapen
Man kan inte tala om starten på neurovetenskap utan att nämna Santiago Ramon y Cajal, skaparen av nervcellens doktrin. Hans bidrag till problem med utveckling, försämring och regenerering av nervsystemet är viktiga än idag, och forskare lägger konstant till saker till hans arbete. Om man måste sätta ett datum för neurovetenskapens födelse, skulle det vara på 1800-talet.
Disciplinen utvecklades tillsammans med utvecklingen av mikroskopet. Experimentella tekniker, såsom färgning av vävnader och forskning om uppbyggnaden och funktionaliteten hos nervsystemet hjälpte också.
Men neurovetenskap och vår förståelse av hur hjärnan fungerar har vuxit ur många kunskapsområden. Man kan säga att många upptäckter inom neurovetenskap är multidisciplinära.
Anatomi, som ansvarar för att lokalisera alla komplexa inre delar i kroppen, har bidragit avsevärt. Fysiologi har fokuserat på hur kroppen fungerar. Farmakologi har i sin tur fokuserat på externa substanser och deras påverkan på kroppen samt vår biokemi, med hjälp av substanser som utsöndras av kroppen själv, som signalsubstanser.
Psykologi har också gjort viktiga bidrag till neurovetenskapen i form av teorier om beteenden och tänkande. Under årens lopp har dock psykologin rört sig bort från detta lokaliseringsperspektiv. Detta perspektiv trodde att varje område av hjärnan hade en specifik funktion. Nu har forskare ett mer funktionellt perspektiv, i syfte att förstå den generella funktionen hos hjärnan.
Kognitiv neurovetenskap
Neurovetenskap är ett brett vetenskapligt fält. Det inkluderar allt från fundamental forskning till tillämpad forskning som jobbar med konsekvenserna av underliggande beteendemekanismer. Inom neurovetenskap vill kognitiv neurovetenskap förstå hur högre funktioner, som språk, minne och beslutsfattande, fungerar.
Kognitiv neurovetenskap fokuserar på de neuronala substraten i de mentala processerna. Med andra ord: vilken påverkan har vårt beteende och våra tankar på hjärnan? Vi har upptäckt specifika områden av hjärnan som ansvarar för sensoriska och motoriska funktioner, men dessa utgör endast en fjärdedel av vår totala hjärnbark.
De associerade områdena har inte en specifik funktion. Istället ansvarar de för att tolka, integrera och koordinera sensoriska och motoriska funktioner. Detta gör dem ansvariga för höga mentala funktioner. Hjärnområdena som styr funktioner som minne, tänkande, känslor, medvetande och personlighet är mycket svårare att lokalisera.
Minnet har en koppling till hippocampus, som du hittar i mitten av hjärnan. När det kommer till känslor vet vi att det limbiska systemet kontrollerar törst och hunger (hypotalamus), aggression (amygdala) och känslor rent generellt. Det är i hjärnbarken som hjärnan integrerar kognitiva förmågor. Det är där vår kapacitet för medvetenhet genereras, där vi etablerar relationer och utför komplext tänkande.
Hjärnan och känslor
Ett område som kognitiv neurovetenskap har hjälpt oss att förstå är känslor. Känslor är viktiga hos alla människor. Alla upplever vi dem. Vi uttrycker känslor via motoriska förändringar och stereotypiska somatiska och motoriska svar, speciellt rörelser i ansiktet.
Traditionellt sett tillskriver forskningen känslor till det limbiska systemet. Detta ses fortfarande som sanning, men vi har upptäckt att även andra områden av hjärnan är involverade.
Dessa andra områden inkluderar amygdala samt de orbitala och mediala aspekterna av frontalloben. Dessa områden jobbar tillsammans för att utgöra ett emotionellt motoriskt system. Samma strukturer som bearbetar känslomässiga signaler deltar i andra uppgifter, såsom rationellt beslutsfattande och till och med moraliska bedömningar.
Motoriska kärnor och somatiska motoriska nervceller koordinerar hur vi uttrycker känslor. Känslor och aktiveringen av autonoma nervsystemet är intimt kopplade.
Att känna någon typ av känsla, såsom rädsla eller överraskning, skulle vara omöjligt utan att uppleva ökad hjärtrytm, svettning, frossa… Det är en del av vad som gör dessa känslor så rika.
Känslor är ett adaptivt verktyg som informerar andra om vårt sinnestillstånd. Gemensamheter har demonstrerats i hur människor uttrycker glädje, sorg, ilska etc. Forskning har faktiskt observerat likheter över olika kulturer. Det är ett av sätten vi kommunicerar och känner empati för andra.
Minnet, hjärnans lagring
Ett område som kognitiv neurovetenskap hanterar är minne. Minnet är en grundläggande psykologisk process som involverar kodifiering, lagring och hämtning av inlärd information. Vikten av minnet i vårt dagliga liv har motiverat mycket forskning i ämnet. Att glömma är också ett centralt tema för många studier eftersom många patologiska problem kommer med amnesi, vilket allvarligt påverkar människors dagliga liv.
Anledningen till att vårt minne är en så viktig fråga är att det utgör vår identitet. Men även om det är sant att glömska ur en patologisk synvinkel är oroväckande, är det även sant att hjärnan måste kasta värdelös information för att göra plats för ny. Man kan kalla hjärnan en expert i återvinning.
Nervkopplingar förändras i enlighet med hur en person använder eller inte använder minnet. När vi kvarhåller information men inte använder den kommer nervkopplingarna börja försvagas och till slut försvinna. När vi lär oss något nytt kommer det på samma sätt uppstå nya kopplingar. Allt vi lär oss som går att associera med existerande minnen kommer vara mycket enklare att komma ihåg.
Vår förståelse för hur minnet fungerar ökade avsevärt efter en studie av personer med en väldigt speciell typ av amnesi. Det hjälpte oss framförallt att förstå korttidsminnet bättre och konsolideringen av deklarativt minne.
Det mest berömda fallet är det med H. M. Han betonade vikten av hippocampus för att skapa nya minnen. Men lillhjärnan, primära motoriska barken och basala ganglierna kontrollerar det motoriska minnet.
Språk och tal
Kognitiv neurovetenskap har även mycket att säga om språk. Språk är en förmåga som skiljer oss från andra djur. Förmågan att kommunicera våra tankar och känslor med sådan precision och med så många nyanser gör språk till vårt rikaste och mest användbara kommunikationsverktyg. Detta karaktärsdrag, unikt för vår art, har inspirerat mycket forskning.
Den mänskliga kulturens prestationer är i viss mån baserade på språk. Detta eftersom det möjliggör exakt kommunikation. Språklig kapacitet beror på integrationen av flera specialiserade områden av associationsbarken i tinning- och frontalloben. Hos de flesta personer finns de primära språkfunktionerna i den vänstra hjärnhalvan.
Den högra hjärnhalvan tar hand om det emotionella innehållet i språket. Specifik skada på dessa områden av hjärnan kan störa grundläggande språkfunktioner och resultera i afasi. Afasi ter sig annorlunda från person till person. Det kan till exempel inkludera svårigheter att artikulera såväl som problem att producera och förstå språk.
Varken språk eller tanke stöds av bara ett område av hjärnan. Istället uppstår det tack vare associationer mellan olika strukturer. Våra hjärnor fungerar på ett så pass organiserat och komplext sätt att de gör associationer mellan områden när vi tänker eller talar. Vår tidigare kunskap influerar ny kunskap i ett återkopplingssystem.
Stora upptäckter inom neurovetenskap
Att beskriva alla viktiga neurologiska studier är inget vi kan göra i denna artikel. Men följande upptäckter är några av de viktigaste eftersom de helt förändrade hur vi såg på hjärnans funktion och öppnade upp nya vägar att undersöka.
Följande är ett urval av viktig experimentell forskning inom kognitiv neurovetenskap och generell neurovetenskap.
- Neurogenes (Eriksson, 1998). Fram tills 1998 trodde vi att neurogenes endast skedde under utvecklingen av nervsystemet. Vi trodde inte att nya nervceller producerades efter denna period. Men efter Erikssons fynd upptäckte forskare att neurogenes sker även vid hög ålder. Hjärnan är mer plastisk och formbar än vi tidigare trodde.
- Kontakt under uppväxten samt kognitiv och emotionell utveckling (Lupien, 2000). I denna studie upptäckte forskare vikten av fysisk kontakt för bebisar under deras uppfostran. Barn som haft lite kontakt var mer sårbara för brister i de kognitiva funktionerna. Depression och situationer med hög stress påverkade deras uppmärksamhet och minne mer än hos andra barn.
- Upptäckten av spegelneuroner (Rizzolatti, 2004). Förmågan hos nyfödda att imitera gester ledde till starten av denna studie. Spegelneuroner, en typ av nervcell som utlöses när vi ser en annan person göra något, upptäcktes. Dessa nervceller främjar inte bara imitation, utan även empati, och därmed sociala relationer.
- Kognitiv reserv (Petersen, 2009). Upptäckten av den kognitiva reserven var en extremt viktig upptäckt. Den postulerar att hjärnan har förmågan att kompensera för skador på sig själv. Olika faktorer, såsom åren vi studerat, vårt arbete, läsvanor och sociala nätverk, influerar denna förmåga. En hög kognitiv reserv kan faktiskt kompensera för skador från sjukdomar såsom Alzheimers.
Framtiden för kognitiv neurovetenskap: “The Human Brain Project”
The Human Brain Project (det mänskliga hjärnprojektet) finansieras av EU. Det ämnar att bygga en infrastruktur baserat på informations- och kommunikationsteknologier (ICT). Denna infrastruktur skulle tillhandahålla forskare runtom i världen med en databas för fältet neurovetenskap. Målet är att utveckla fem plattformar baserat på ICT:
- Neuroinformatik kommer tillhandahålla data från neurovetenskapliga studier från hela världen.
- Hjärnsimulering kommer integrera informationen i förenade datormodeller för att utföra tester som inte kan utföras med människor.
- High performance computing kommer tillhandahålla interaktiv superdatorteknologi som neuroforskare behöver för datamodellering och simulering.
- Neuroinformatics computing kommer omvandla hjärnmodellerna till en ny klass av hårdvaruenheter som testar deras applikationer.
- Neuro-robotics kommer tillåta forskare inom neurovetenskap och industri att experimentera med virtuella robotar som kontrolleras av hjärnmodeller som utvecklats i projektet.
Projektet startade i oktober 2013, och man uppskattar i dagsläget att det kommer ta tio år att färdigställa. Data som samlas i denna gigantiska databas kommer underlätta arbetet inom framtida forskning. Framsteg inom nya teknologier kommer låta forskarna förstå hjärnan på en högre nivå, även om denna forskning ännu har en lång väg att gå.
Bibliografi
Cavada, C. Sociedad Española de Neurociencia: Historia de la neurociencia. Recuperado de http://www.senc.es/es/antecedentes
Eriksson, P.S., Perfilieva E., Bjork-Eriksson T., Alborn A. M., Nordborg C., Peterson D.A., Gage F.H. (1998). Neurogenesis in the Adult Human Hippocampus. Nature Medicine.4(11), 1313–1317.
Kandell E.R., Schwartz J.H. y Jessell T.M. (2001) Principios de Neurociencia. Madrid: McGraw-Hill/Interamericana.
Lupien S.J., King S., Meaney M.J., McEwen B.S. (2000). Child’s stress hormone levels correlate with mother’s socioeconomic status and depressive state. Biological Psychiatry. 48, 976–980.
Purves, Augustine, Fitzpatrick, Hall, Lamantia, McNamara y Williams. (2007). Neurociencia (Tercera edición). Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana.
Rizzolatti G., Craighero L. (2004). The mirror-neuron system. Annual Review of Neuroscience. 27, 169–192.
Stern, Y. (2009). Cognitive reserve. Neuropsychologia, 47(10), 2015–2028. doi:10.1016/j.neuropsychologia.2009.03.004
