Den banebrytende oppdagelsen publiseres for første gang i forskningstidsskriftet Nature som kommer ut i dag. Det er forskerne ved Senter for hukommelsesbiologi, NTNU og Kavli Institute for Systems Neuroscience som står bak.
Forstå hjernen - og hva som går galt
Fra kaos til orden
Hjerneforskere har lenge lurt på funksjonen til de ulike elektriske bølgene i hjernen. Den elektriske aktiviteten i menneskehjernen kan registreres med EEG (elektroencephalografi), via elektroder festet til hodet. Alle hjernecellene sender elektriske signaler. Når store grupper celler har utladning samtidig, skapes hjernebølger.
Bortsett fra at man har funnet mønstre som kjennetegner sykdommer som epilepsi og narkolepsi, har den elektriske aktiviteten fortonet seg kaotisk, nærmest som en radio der kanalvelgeren står mellom to stasjoner.
Men oppdagelsen til post. doc. Laura Colgin og Moser-gruppen ved Senter for hukommelsesbiologi rydder i kaoset. De har funnet ut hvordan hjernen klarer å sortere store mengder informasjon.
På gammasporet
Colgin og kollegene startet med å studere hjernebølgene. Det ble målt i tre forskjellige deler av hippocampus hos rotter. Hippocampus er det viktigste senteret for hukommelse og stedsans.
Etter en tid begynte de å mistenke at det var noe spesielt med en type av de mest høyfrekvente elektriske bølgene, gammabølgene.
Dette er bølger som finnes overalt i hjernen og som varierer hele tiden. Fra tidligere er det spekulert i om disse kan ha forbindelse med hvordan bevisstheten skapes.
Ingen har forstått hvorfor frekvensen varierer så mye fra region til region i hjernen, og fra det ene øyeblikket til det andre.
Hippocampus sorterer
NTNU–forskerne oppdaget at forskjellige deler av hjernen sender ulik informasjon på forskjellige frekvenser. Slik NRK sender kulturprogram på P2s frekvens og ungdomsprogram på frekvensen til P3, bruker hjernen forskjellige frekvenser for ulikt «programinnhold».
Laura Colgin har klart å bevise at hjernen bruker de lave gammafrekvensene når den henter frem minner fra tidligere opplevelser. De høye gammefrekvensene brukes for å formidle hva som skjer her og nå, for eksempel hvor du befinner deg og annen informasjon fra sansene våre. De ulike frekvensene gjør det mulig å skille mellom dem.
Dette er aldri vist før.
Hjernens databehandling
NTNU-forskerne så at cellene i hippocampus skiftet mellom frekvensene flere ganger i sekundet, omtrent som når man hopper mellom forhåndprogrammerte radiokanaler for å lytte. Når cellen er mottagelig, svinger den i takt med hjernebølgene. Sender og mottaker er «på bølgelengde». Alternativt kan cellen ignorere hjernebølgene.
Cellene forholder seg bare til en «radiokanal» om gangen, og sørger hele tiden for å få med seg hva som skjer rundt en og hvor man befinner seg.
Fleksibel hjerne
– Det klassiske synet har vært at signaler i hjernen skjer ved at elektriske signaler følger fastlagte forbindelser mellom nervecellene. Våre resultater tyder på at hjernen er langt mer fleksibel og at den kommuniserer via de dynamiske hjernebølgene. Blant alle tusen input til en hjernecelle, kan cellen velge å lytte til noen og ignorere resten. Cellen kan hele tiden bytte raskt mellom frekvensene den vil lytte på. Vi tror svitsjingen mellom frekvenser er et generelt prinsipp for å styre kommunikasjonen mellom ulike deler av hjernen, sier Edvard Moser.
– Hadde vi ikke hadde hatt denne evnen til å bytte mellom frekvensene, ville vi hele tiden ha blandet minnene med nye erfaringer fra sansene. Da ville vi risikert å kode inn gamle minner om og om igjen som om de var ny informasjon, hver gang de ble sendt til mottakercellene i hippocampus.
Mer finmasket
Så langt har NTNU-forskerne påvist at ulik informasjon formidles på ulike frekvenser, grovt inndelt i lavfrekvente og høyfrekvente gammabølger. Edvard Moser regner med at hjernen har en langt mer nyansert inndeling i hva som formidles på hvilke frekvenser.
(Sammenligningen mellom hjernens kommunikasjon og en radiosender og radiomottaker holder ikke helt. Hjernecellene opererer både som mottakere og sendere.)
