Ny forskning gir oss innsikt om gridcellenes relasjon til fart og retning.

Gridcellene lager et koordinatsystem, som er en del av hva som gjør oss i stand til å orientere oss i for eksempel et rom. Gridcellene ble oppdaget av norske Edvard og May- Britt Moser og vant dem nobels fredspris i fysiologi eller medisin i 2014, er sentralt i en ny studie fra forskere ved Universitetet i Oslo.

Forskerne ville teste ut en teori om det var rytmiske hjernebølger som bærer med seg informasjonen om fart og retning.

Vi har snakket med Mikkel Lepperød som er førsteforfatteren bak studien. Han forteller at å forske videre på gridceller var helt naturlig da de startet prosjektet.

-Bakgrunnen for forskningen var at Marianne Fyhn og Torkel Hafting var helt sentrale i oppdagelsen av gridcellene. Derfor var det naturlig å starte med det. Jeg har jo en bakgrunn fra matematikk, så jeg syns det er veldig spennende med modeller og det analytiske. Derfor var det veldig interessant å forske på modeller som brukte fart og retning for å danne gridceller som hadde klare matematiske faktorer vi kunne analysere.

Marianne Fyhn er professor i seksjon for fysiologi og Torkel Hafting er førsteamanuensis ved Universitetet i Oslo. De var begge var sterkt involvert i studien.

Historien bak alt

-I labben til John O'keefe, som vant nobelprisen sammen med Moserne i 2014, var de i utgangspunktet interessert i hjernebølger og place celler, celletyper som er aktive kun på bestemte plasser og finnes i hippocampus. Med en interesse i hjernebølger kom Neil Burgess som jobbet i denne labben i 2007 fram til en teori, oscillatory interferrence, som handler om hvordan hjernebølger kan være relatert til hva vi nå kaller gridceller, altså om hvordan de bidro til å gi gridcellene informasjon om fart og retning.

Det var noen problemer med den første teorien, men den hadde et veldig interessant utgangspunkt. Teorien var utviklet videre før jeg kom på banen. Grid cellene ble oppdaget i 2004/2005, så mye av de problemene knyttet til biologisk realisme var rettet opp i, men modellen var fortsatt kun sammenlignet med eksperimentelle resultater som kun indirekte underbygget teorien - slik som å slå av hele hjerneområdet som genererer hjernebølger altså mediale septum område og observere at både hjernebølger og grid celler ble borte samtidig.

Forskerne var derfor interessert i å finne ut om oscilatory interefende-teorien faktisk var reell, eller om det ikke var hjernebølgene sin “skyld” at gridcellene ble påvirket når den delen av hjernen ble “slått av”, men faktisk noe helt annet.

-Derfor ville vi jobbe videre med eksperimentelle metoder, i dette tilfellet optogenetikk, som muliggjør å stille spørsmålet om hjernebølger direkte bidrar til at gridcellene oppstår.

Forskerne var riktignok ikke bare nysgjerrig på hjernebølgene i forhold til fart og retning.

-Spørsmålet vårt var om hvorvidt hjernebølger bidro til å gi gridcellene informasjon om fart og retning, men også om hjernebølger hadde noen som helst virkning på gridcellene.

Mener de har funnet svaret

Forskerne mener de nå har funnet svaret på dette. Hjernebølger oppstår når mange hjerneceller har synkron aktivitet. Så for å finne ut av dette forstyrret de hjernecellene ved å sende små pulser med laserlys inn i hjernen for å styre hjernecellene.

-Den teorien mener vi at vi har motbevist nå. Vi kan selvfølgelig ikke si helt sikkert at hjernebølger absolutt ikke har noe med gridceller å gjøre, og jeg sier ikke at hjernebølger ikke er viktig generelt, men jeg ville blitt veldig overrasket om noen motbeviser oss på at grid celler trenger hjernebølger for å fungere.

Hjernebølgene er nok veldig viktig i forhold til mange andre ting, understreker Lepperød. Men ikke for å videreføre informasjon som som gjør at gridceller kan bestemme posisjon basert på fart og retning.

-Hjernebølger er viktig for mange kognitive prosesser som søvn, læring og hukommelse og generell informasjonsoverføring i hjernen for eksempel når man danner minner som omhandler "hvor, hva, når".

Fortsetter å forske

-Vi forsker aktivt videre på gridceller, både med eksperimenter og med andre alternativer teorier.

Noe veldig spennende de forsker på er gridcellers påvirkning på kunstig intelligens.

Det ble oppdaget i 2018 at gridceller oppstår av seg selv i deep learning teknologi. Derfor forklarer Lepperød at et hovedfokus nå er å forske på gridceller i kunstig intelligens.

-Dette er jo veldig interessant i forhold til AI. Ta for eksempel en robot støvsuger, nå gjør den bare hva den er programmert til å gjøre, men i fremtiden vil den kanskje være smart nok til å forstå at for å støvsuge på et spesifikt sted er den nødt til å plukke opp genseren som ligger i veien på grunn av gridceller.

Gridceller, Alzheimers og andre sykdommer

I tillegg til spennende prosjekter innenfor AI er det flere områder gridceller kan være relevant å forske videre på. Hvor mye de faktisk er ansvarlig for er en av dem.

-Nå har vi jo sett på gridceller sin nytte i forhold til navigasjons rettet orientering, og dette vil vi fortsette med. Noe annet vi også lurer på nå er om gridceller fungerer som et slags planleggingsverktøy. Er gridceller generelt involvert i flere ting vi orienterer oss i hverdagen?

De vil også forske videre på gridcellers relasjon til sykdommer som demens og kanskje mer spesifikt Alzheimer.

Lepperød forteller at gridceller befinner seg i den delen av hjernen hvor celler først forsvinner ved sykdommer som Alzheimers. De lurer derfor på om deler av sykdommen har å gjøre med at akkurat disse cellene forsvinner. Noe av det første som blir borte ved sykdommer som Alzheimers er jo kognitive evner. Som for eksempel å huske hvor man har plassert ting og hvordan man utfører enkle oppgaver

-Dette beviser ikke at gridceller er direkte linket til Alzheimer, men basert på anatomien og hvordan celletypene matcher så er det en ganske stor indikasjon. Å vite dette sikkert er jo viktig for å kunne forstå denne sykdommen.

Lepperød mener også at teknologien de har brukt i studien er veldig spennende å se hvordan man kan videreutvikle.

-Vi håper denne metoden vi har brukt under forskningen, optogenetikk, kan brukes som et nyttig hjelpemiddel til mange andre sykdommer. Det kan tenkes å delvis erstatte pacemaker og dyp hjernestimulering hos Parkinson pasienter. Men dette er langt frem i tid og det er fortsatt mange usikkerhetsmomenter. For å gjøre celler lyssensitive sprøyter vi inn virus som er gjort ufarlige og likner dem som nå brukes for å hjelpe RNA inn i cellene i Covid-vaksiner.