Hukommelsen – Dannelse af langtidshukommelsen

Forskere ved San Diego universitet i Californien har taget billeder af hjerneceller, som danner midlertidige eller vedvarende forbindelser med hinanden som reaktion på stimuleringer. Billederne viser de strukturelle ændringer, som opstår mellem nervecellerne i hjernen. Indtil disse billeder blev taget, kunne man kun formode, men ikke være sikker på, at der etableres sådanne forbindelser mellem hjernens nerveceller i forbindelse med lagring af korttidshukommelse og langtidshukommelse. Med billederne har man fået konkret bevis for, at nervecellerne danner sådanne strukturforbindelser til hinanden.

Langtidshukommelsen lagres i vores hjerne på en måde, som i princippet varer hele livet. Man har længe ment, at der derfor måtte ske nogle strukturelle ændringer i nervecellerne, som muliggør dette. Dette har imidlertid været vanskeligt at bevise eksperimentelt.

I tidligere forsøg har man undertiden som resultat af stimuleringer set tegn på en forøgelse i antallet af synapser (dvs. fysiske kontakter mellem nervecellerne i hjernen), men i andre forsøg har man ikke kunnet påvise forøgelse i antallet af synapser. Eftersom der i en kubikmeter af hjernen er omkring en milliard synapser, har det været umuligt at lave sikre statistiske sammenligninger af synapsetætheden fra den ene situation til den anden.

For at løse dette problem fokuserede forskerne på en individuel nervecelle fra hippocampus. Hippocampus er den del af menneskehjernen, som er afgørende for bestemte former for hukommelse. Forskerne filmede nervecellerne, medens de dannede nye synapseforbindelser til andre nerveceller som resultat af elektriske stimuleringer. Dette skulle gøres uden at skade de normale fysiologiske funktioner i cellerne, og dette var netop blevet muligt, fordi man i Yukiko Goda's laboratorium på universitetet i San Diego havde opfundet nye metoder til at studere synapseforbindelserne:

Den ene metode synliggør de aktin-filamenter, som udgør cellens indre skeletstruktur. Fluorescens-mærkede aktin-molekyler blev lavet ved hjælp af molekylærbiologi, hvorved man kunne se nervecellerne vokse og ændre form i forbindelse med dannelsen af nye forbindelser til andre nerveceller.

En anden opfindelse gjorde det muligt at stimulere nerveceller på en måde, som efterligner den elektriske stimulering af nervecellerne i hjernen. Man udnyttede siliciums evne til at lede lys. Dette kunne bruges til at sende små elektriske stød med høj frekvens til et bestemt område af nervecellen, medens denne lå på en siliciumchip. Belysning af et område på siliciumchippen gør det muligt at sende en lille elektrisk spænding med høj frekvens over til nervecellen. Man har længe antaget, at det er sådanne impulser, som kan fremkalde nye forbindelser mellem nerveceller.

Påvirkningen beskadigede ikke cellen, som forblev fysiologisk normal. (Modsat tidligere: Når man under tidligere forsøg stimulerede en nervecelle ved at indstikke en elektrode i cellen, begyndte cellen straks at dø).

Forskerne opdagede, at når de stimulerede en nervecelle én gang, blev aktin-molekyler (som danner de indre skeletfibre i nervecellen), stimuleret, hvorved de bevægedes mod de nerveceller, som cellen var forbundet med. Aktiviteten i nervecellen stimulerede også bevægelser hos aktin-molekyler i nabonervecellerne, så disse aktin-molekyler bevægedes bort fra den første celle. Disse ændringer i cellerne varede i 3-5 minutter. Virkningerne var imidlertid forsvundet efter 5-10 minutter.

Langtidsændringer i nervecellerne opstod kun, hvis nervecellerne blev stimuleret mindst 4 gange i løbet af en time. I så fald spaltedes synapsen, og der dannedes nye synapser. Derved dannedes en vedvarende ændring, som, hvis den skete i en persons hjerne, formentlig vil vare resten af personens liv.

Analogien til menneskets hukommelse er tydelig: Når man ser eller hører noget, bevares det i nogle få minutter i hukommelsen. Hvis indtrykket ikke er vigtigt, svækkes det, og man har glemt det 10 minutter senere. Men hvis man ser eller hører det igen, og hvis dette sker over den næste times tid, vil man huske det i meget længere tid. (Undertiden har man glemt, hvorfor man er gået ind i et andet rum. Man må gå tilbage til, hvor man kom fra. Det viser, hvor hurtigt ting glemmes).

Ting, som gentages meget, kan huskes hele livet. Jeg fik engang stjålet en scooter og gik i månederne derefter rundt i byen og ledte efter nummerpladen KK 16 921. Dette nummer vil jeg kunne sige straks, hvis jeg blev vækket under en søvn og spurgt om det. Det blev gentaget så mange gange, at det satte sig fast. Jeg kendte engang en 90-årig, som kunne fremsige tallet pi med mange cifre, – gemt i hjernen i 75 år! Nogle kan citere Iliaden uden at have haft brug for det i 40 år eller mere. Hvis man går til klaverspil, og spiller det samme stykke igen og igen, bliver det også lagret i hukommelsen.

Forskerne så ingen ændringer i de nydannede nerveforbindelser, når de først var blevet dannet. Dette tyder altså på, at der er tale om vedvarende, permanente forbindelser.

Når et axon (en nerveforlængelse) danner en ny forbindelse til en anden nerve vil den nye forbindelse være meget stabil, og der er ingen grund til at tro, at den vil forsvinde igen. Det er denne slags nervecelleforbindelser, som kan vedblive hele livet (4815).

Hjernen husker bedst,
hvis den er parat til at huske
Forskere kan forudsige, om man vil huske noget. Ifølge forskning på University College London (UCL) kan det forudsiges, hvor godt vi vil huske noget, før vi har set, hvad det er, som vi skal huske.

Ifølge forskernes artikel i Nature Neuroscience kan scanning af hjernen vise, at hjernen må være i den rette forhåndsindstilling til ny information for at kunne huske den nye information i længere tid. Hjernen skal ikke kun være aktiv ved indlæringen, men også have været aktiv i sekunderne før indlæringen finder sted.

Leun Otten, der var leder af undersøgelsen ved UCL Psychology og UCL Institute of Cognitive Neuroscience, siger, at forskerne altså kan forudsige, om nogen vil huske et ord, før personen har set ordet, og at man før været klar over, at hjernens aktivitet ændres, når man lagrer ting i hukommelsen, men man har nu også fundet en hjerneaktivitet, som siger noget om, hvor godt hukommelsen vil virke i den nærmeste fremtid.

Der blev udført to slags forsøg for at undersøge langtidshukommelsen. I det første forsøg blev et symbol præsenteret på en skærm nogle få sekunder før præsentationen af hvert ord. Symbolet gav forsøgspersonen besked om, hvilken slags beslutning, der skulle tages om det efterfølgende ord: Forsøgspersonerne skulle enten bestemme, om ordet angik noget levende, eller om det første og det sidste bogstav i ordet var i alfabetisk orden.

I det andet forsøg fik forsøgspersonerne før hvert ord besked om, hvorvidt det efterfølgende ord ville blive vist på skærmen, eller om det ville blive afspillet i en højtaler. Forsøgspersonerne skulle for hvert ord forestille sig, hvordan ordets genstand så ud – samt om genstanden er højere end bred eller bredere end høj.

Disse to forsøgstyper var designet for at få forsøgspersonen til at tænke på forskellige aspekter af et ord, såsom ordets stavning eller ordets mening.

Forsøgspersonernes hjerner blev under forsøgene scannet med en elektro-encefalogram-scanner (EEG), som ligner en badehætte dækket med elektroder, der måler den elektriske hjerneaktivitet uden på kraniet. Disse scannere har siden 1960'erne været anvendt i hospitaler for at påvise epilepsi. EEG-scanneren er et vigtigt redskab til at vise, hvilke dele af hjernen som aktiveres, samt tidsforløbet, og dermed hvad der får hjerneområdet til at blive aktivt.

I forsøget søgte man at påvise, om hjerneaktiviteten før en hændelse indtræffer har indflydelse på hukommelsen. Man har hidtil antaget, at det kun er hjerneaktiviteten bagefter, som har betydning for hukommelsen. EEG-scannerens tidslinie gør det muligt at foretage en sådan analyse.

Forsøgene viste, at hjernens elektriske aktivitet var forskellig, afhængig af hvilket indledende spørgsmål, der blev stillet (altså før ordet blev præsenteret). Dette havde sammenhæng med, om forsøgspersonen ville kunne huske ordet eller ville glemme ordet i en senere hukommelsestest. Hvis den elektriske aktivitet holdt sig på et højt niveau i de forreste dele af hjernen lige før ordet blev vist, var det sandsynligt, at forsøgspersonen ville kunne huske ordet i en test 1 time senere – selv efter at have udført en distraherende ordtest i mellemtiden. Hvis hjerneaktiviteten derimod var lav før hændelsen, var det mindre sandsynligt, at forsøgspersonen senere ville kunne huske ordet.

Det er stadig uvist, hvilke hjerneområder, der er involveret i den hukommelsesforberedende hjerneaktivitet.

Man er også langt fra at kunne hjælpe folk med at kunne huske bedre (4431).

Artiklen her bragtes i BioNyt nr. 136 s.24 (marts 2007)

Tegn abonnement på

BioNyt Videnskabens Verden (www.bionyt.dk) er Danmarks ældste populærvidenskabelige tidsskrift for naturvidenskab. Det er det eneste blad af sin art i Danmark, som er helliget international forskning inden for livsvidenskaberne.

Bladet bringer aktuelle, spændende forskningsnyheder inden for biologi, medicin og andre naturvidenskabelige områder som f.eks. klimaændringer, nanoteknologi, partikelfysik, astronomi, seksualitet, biologiske våben, ecstasy, evolutionsbiologi, kloning, fedme, søvnforskning, muligheden for liv på mars, influenzaepidemier, livets opståen osv.

Artiklerne roses for at gøre vanskeligt stof forståeligt, uden at den videnskabelige holdbarhed tabes.