Hjerneforskere og ingeniører fra Aarhus Universitet har i et fælles forskningsprojekt fundet frem til en algoritme, hvor de kan styre laserlys ind i hjernen så præcist, at de kan ramme bare en enkelt nervecelle.
Et teknologisk gennembrud
Forskerne betegner det som et teknologisk gennembrud. Og det må da også siges at være banebrydende resultater.
”Det at kunne aktivere neuroner med lys er en milepæl i hjerneforskningen. Vi har arbejdet på teknologien i mange år, men det er først nu, vi er lykkedes med at udvikle software og signalbehandling, som gør det muligt for os at monitorere helt nøjagtigt i realtid, hvad det er for en specifik neuron i hjernen, vi aktiverer med lyset,” forklarer Kim Bjerge, der er lektor ved Ingeniørhøjskolen Aarhus Universitet.
Vellykkede forsøg på mus
Sammen med forskere fra The Danish Research Institute of Transnational Neuroscience DANDRITE ved Aarhus Universitet har Kim Bjerge gennemført de første vellykkede forsøg med laserlys på mus. Han betegner resultaterne som lovende:
”Når vi kan aktivere en enkelt neuron i hjernen og bevise det, så kan vi i princippet lave komplette kortlægninger af hjerneaktivitet. Det er selve nøglen til at forstå, hvordan en neuron spreder et signal og kommunikerer med andre neuroner i komplekse mønstre,” fortæller Kim Bjerge.
Forskerne bruger i dag elektroencefalografi også kaldet EEG eller hjernescanninger til at studere neuronernes aktivitet i et større sammenhængende mønster. Problemet er dog, at de ved meget lidt om den interaktion, der foregår imellem de enkelte hjerneceller.
Hjerneforskningen kan skaffe ny viden om sygdomme
Det de helt konkret foretager i projektet, er at de injicerer en virus i musene. Denne virus afsætter et særligt molekyle på neuronerne i hjernen, der gør dem lysfølsomme. Derefter kan de modtage lyspulser, som bliver affyret igennem et fiberkabel ind igennem hovedet.
Metoden er i forvejen velkendt i videnskabelige kredse, men indtil videre har det været umuligt at styre lyset tilstrækkeligt præcist imod hjernecellerne og opfange deres rene elektriske signaler.
Derfor kan forskernes gennembrud bane vej for helt nye og langt mere detaljerede studier af hjerneaktivitet.
"Det kan vi bruge til mange ting. For eksempel kan vi skaffe ny viden om neurologiske sygdomme," forklarer Kim og understreger, at teknologien også giver anledning til en række etiske overvejelser:
"Den her metode har et vidtrækkende potentiale, som vi i de kommende år vil begynde at udforske. Men det er samtidig et videnskabeligt gennembrud, der rejser nogle vigtige etiske spørgsmål. Som ingenører står vi jo med et ansvar, når vores arbejde med algoritmer og signalbehandling ændrer præmisserne for hjerneforskningen."
Skal undersøge videre
Næste skridt er allerede udtænkt. Ifølge forskerne skal de til at undersøge, hvordan signalerne spreder sig i et netværk af neuroner. De skal også finde ud af, hvor hurtigt det foregår og med hvilken styrke.
Det hele er ny viden, der kan gøre os klogere på hjernens funktion og hjælpe i fremtiden.
”Vi kan i princippet aktivere de enkelte neuroner i hjernen og slukke for andre, og så kan vi monitorere, hvad der sker. Det kan blive rigtig stort for adfærdsforskningen. Vi kan få en meget mere detaljeret forståelse af kognition i det hele taget og på sigt også begynde at påvirke hjernens processer udefra ved hjælp af laserlys,” siger Jesper Hagelskjær, der er ph.d.-studerende ved The Danish Research Institute of Transnational Neuroscience DANDRITE ved Aarhus Universitet.
Teknologien er dog endnu er meget umoden, derfor er der ingen garantier:
”Det lyder simpelt, men det er det ikke. Det kræver et meget tæt samarbejde mellem os hjerneforskere og ingeniører at modne den teknologi, der skal til for at fange de rigtige signaler fra neuronerne. Samtidig er det meget vanskeligt at gennemføre eksperimenterne på mus, fordi vi skal have lyslederkablet ind igennem hjernen uden at komme til at skade vævet,” siger Jesper Hagelskjær.
