Neurovetenskap: ett sätt att förstå hur sinnet fungerar

· 1 juni, 2018

Målet med neurovetenskap har traditionsmässigt 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 den 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 nervsystem 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.

Kopplingar mellan nerver

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 växt 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 neurotransmittorer.

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 beslutstagande, 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 vårt totala cortex.

Virtuell hjärna

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 så vet vi att det limbiska systemet kontrollerar törst och hunger (hypotalamus), aggression (amygdala) och känslor rent generellt.

Det är i cortex 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 i 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 regioner av hjärnan är involverade.

Dessa andra områden inkluderar amygdala samt de omkretsande och mediala aspekterna av den frontala loben. Dessa regioner jobbar tillsammans för att utgöra ett emotionellt motoriskt system. Samma strukturer som bearbetar känslomässiga signaler deltar i andra uppgifter, såsom rationell beslutstagning och till och med moraliska bedömningar.

Motoriska kärnor och somatiska motoriska nervceller koordinerar hur vi uttrycker känslor. Känslor och aktiveringen av autonoma nervsystem är intimt kopplade.

Att känna någon typ av känsla, såsom rädsla eller överraskning, skulle vara möjligt utan att uppleva ökad hjärtrytm, svettning, frossa… Det är en del av vad som gör dessa känslor så rika.

Våra många känslor

Känslor är ett adaptivt verktyg som informerar andra om vårt sinnesstånd. 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 förvaring

Ett område som kognitiv neurovetenskap hanterar är minne. Minnet är en grundläggande psykologisk process som involverar kodifiering, förvaring och hämtning av inlärd information. Vikten av minnet i vårt dagliga liv har motiverat mycket forskning i ämnet.

Att glömma är även ett centralt tema för många studier, eftersom många patologiska problem kommer med amnesi, vilket allvarligt påverkar folks 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 minne. 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 skapas nya kopplingar. Allt vi lär oss som kan associeras med existerande minnen kommer vara mycket enklare att komma ihåg.

Vår förståelse för hur minnet fungerar ökades 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 cortex 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. Lingvistisk kapacitet beror på integrationen av flera specialiserade områden för associering i barken hos de temporala och frontala loberna. 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 regioner 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 när vi tänker eller talar, gör det associationer mellan områden.

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 att efter denna period så dog nervcellerna, varpå inga nya producerades. 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 uppfostran 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.
  • Upptäckt 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.
Röntgen av hjärnan

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 information- och kommunikationsteknologier (ICT). Denna infrastruktur skulle tillhandahålla forskare runtom i världen med en databas för fältet neurovetenskap. Målet är att utveckla sex plattformar baserat på ITC:

  • 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.
  • Högpresterande uträkning kommer tillhandahålla interaktiv superdatorteknologi som neuroforskare behöver för datamodellering och simulering.
  • Neuroinformatikuträkning kommer omvandla hjärnmodellerna till en ny klass av hårdvaruenheter som testar deras applikationer.
  • Neurorobotik 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 Psychiatry48, 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