Bli bedre kjent med hjernen din

Hjernen hos en voksen person veier omtrent 1,3 kg. Den har konsistens og farge omtrent som en lys karamellpudding. De fleste hjernecellene ligger ytterst i hjernen og danner hjernebarken. Den er 3‒4 millimeter tykk og lys gråbrun av farge. Siden både hjernebarken og de andre delene av hjernen der det er mange hjerneceller har denne fargen, brukes ofte utrykket «de små grå» om hjernecellene.

Hjernebarken er overordnet resten av hjernen, og det er den som er ansvarlig for bevissthet og tanker og hukommelse, og som former personligheten vår. For å få plass til ekstra mange hjerneceller i hjernebarken er overflaten av hjernen foldet. Foldene kaller vi hjernevindinger, og de smale spaltene mellom dem kaller vi furer.

Vi deler nervesystemet inn i sentralnervesystemet og det perifere nervesystemet. Sentralnervesystemet består av hjernen og ryggmargen, mens det perifere nervesystemet består av alle nervene som går ut fra hjernen og ryggmargen til resten av kroppen og til sanseorganene. Hjernen deles igjen inn i storehjernen, lillehjernen og hjernestammen.

Storehjernen har en dyp spalte i midtlinjen, som deler den i to halvmåneformede hjernehalvdeler, hemisfærene. Stort sett er det slik at høyre hemisfære styrer venstre side av kroppen og at venstre hemisfære styrer høyre kroppshalvdel, men de to hemisfærene har også litt forskjellige oppgaver. Dette skal jeg komme tilbake til senere, men først må vi se litt nærmere på hva celler gjør, og på hva som er spesielt for hjernecellene.

Spesialiserte celler

Celler er grunnenhetene i alt liv. Noen organismer kan bare ha én celle, men de fleste organismer består av mange celler. Amøber er eksempler på encellede organismer, og tidligere ble de gjerne regnet som encellede dyr. Andre encellede organismer er bakterier og mange alger og sopp. Nå er det ikke så lett å avgjøre om én enkelt, frittstående celle skal regnes som dyr eller plante, og derfor har det blant annet vært gjort forsøk på å klassifisere de encellede organismene i et eget rike.

En amøbe har mange av de samme egenskapene som kjennetegner dyr. Slike grunnleggende livegenskaper er næringsopptak, respirasjon (evne til å ta opp oksygen og forbrenne næringsstoffer), sekresjon (evne til å danne og skille ut stoffer som er nyttige for organismen), ekskresjon (evne til å skille ut avfallsstoffer), bevegelse, vekst og formering, evne til å sende signaler (for eksempel sende beskjed om en fare til resten av kroppen), og evne til å reagere på en påvirkning (for eksempel fare eller smerte).

Mens amøben har mange av disse egenskapene samlet i én celle, skjer det en spesialisering av cellene hos flercellede dyr, slik at grupper av celler utvikles spesielt for å ivareta enkelte av disse oppgavene. I et flercellet dyr vil de forskjellige typene celler samlet bidra til at hele organismen har alle de nødvendige egenskapene, men i den enkelte cellen går spesialiseringen ofte på bekostning av flere av de andre egenskapene.

Menneskekroppen er satt sammen av celler. En voksen har sannsynligvis mer enn hundre tusen milliarder av dem. Blant disse finnes utallige celler som er spesialisert til forskjellige oppgaver, og disse danner igjen vev, organer og organsystemer som skal ivareta alle livsoppgavene. Nerveceller er bare én type av slike spesialiserte celler, men også nerveceller finnes i mange varianter med ulik størrelse og utseende. Nerveceller som ligger i hjernen, kaller vi hjerneceller, men ellers er det ingen prinsipielle forskjeller mellom hjerneceller og andre nerveceller. Jeg bruker nervecelle og hjernecelle om hverandre, men slik at jeg som regel skriver nervecelle når jeg omtaler egenskaper som gjelder generelt, og hjernecelle når jeg spesielt beskriver nerveceller som er lokalisert i hjernen.

To meter lange nerveceller

Nerveceller skiller seg fra de andre celletypene ved at de er spesialisert på å reagere på påvirkning, og på å sende signaler. Denne spesialiseringen har gått så langt at mange av de andre opprinnelige livegenskapene har gått tapt. En ferdig spesialisert nervecelle kan for eksempel ikke dele seg. Og det har stor betydning både i den friske hjernen, og etter sykdom og skade.

De aller fleste hjerneceller er allerede dannet ved fødselen. Gjennom hele livet, særlig etter at vi er blitt voksne, skjer et visst tap av hjerneceller gjennom den vanlige aldringsprosessen. I tillegg kan vi tape hjerneceller gjennom sykdom og små og store skader. Siden hjernecellene ikke kan dele seg og vanskelig kan erstatte de som blir borte, betyr det at vi har flest hjerneceller ved fødselen. Heldigvis er det mange. De beste vitenskapelige beregningene som er gjort, tyder på at vi i gjennomsnitt blir født med over 130 milliarder hjerneceller. Hvor mange hjerneceller som er igjen når vi dør, varierer nok veldig fra menneske til menneske, men trolig mister vi milliarder av hjerneceller også gjennom et normalt liv.

Hele nervecellens oppbygning bærer preg av at den er spesialisert på å sende signaler. Hver celle har en liten cellekropp, men fra denne cellekroppen går det lange, slanke utløpere, nervefibrer, som minner om elektriske ledninger. Ofte er det flere nervefibrer, såkalte dendritter, som leder signaler inn til cellekroppen, men bare én lang nervefiber, aksonet, som leder signaler ut fra cellekroppen. De lengste nervecellene i kroppen kan være to meter lange, med nervefibrer som leder signaler fra tærne og helt opp i nakken, der ryggmargen går inn i hjernen.

Sanseceller er i nær slekt med nervecellene, men de er spesialisert til å registrere forskjellige påvirkninger inne i kroppen, eller som kommer utenfra. Når sansecellene blir utsatt for den spesielle påvirkningen de er bygget for å registrere, sender de signaler til nerveceller som de er forbundet med.

Vi har mange ulike typer sanseceller, og disse er i stand til å identifisere mange forskjellige sanseinntrykk. Fargesyn, lyssans, hørsel, lukt, smak (fem typer), overflatisk berøring, trykk, overflatisk smerte, smerte i indre organer, vibrasjonssans, stillingssans i ledd, følelse av musklenes lengde, likevektssans (for stilling og for bevegelser), varme, kulde og kløe er bare noen eksempler på alle de sansene vi har. Den gamle forestillingen om menneskets fem sanser, og som har gitt opphav til begreper som sjette sans og syvende sans, er altfor enkel.

Nervecellene lekker

Nervefibrene kan sende elektriske signaler. For enkelhets skyld kan vi sammenligne dem med strømmen i elektriske ledninger, men egentlig er mekanismene som skaper strøm i nervecellene ganske annerledes.

I virkeligheten kommer nerveimpulsene i stand ved hjelp av små ioner (blant annet natrium, Na⁺, og kalium, K⁺) med en liten elektrisk ladning. Disse ionene finnes både inne i nervecellene og i vevsvæsken utenfor, men det er mye høyere konsentrasjon av natriumioner på utsiden. Det er mest kaliumioner på innsiden, men totalmengden av kaliumioner er mye mindre enn av natriumioner. Cellemembranen (som utgjør veggen i nervecellen) er ikke helt tett, så det skjer hele tiden en liten lekkasje av ioner inn og ut av cellen.

Det er særlig natriumioner som lekker inn, og disse blir pumpet ut igjen ved hjelp av den såkalte natrium-kaliumpumpen. Fordi pumpen sørger for at det er langt flere positive natriumioner på utsiden, er det hele tiden en liten elektrisk spenningsforskjell, der innsiden av nervecellen er negativ i forhold til utsiden. Spenningsforskjellen er ca. 70mV (altså mindre enn 1/3000 av spenningen i en vanlig stikkontakt). Når en nervefiber blir aktivert, åpnes små porer i cellemembranen. Da vil umiddelbart natriumioner strømme inn i nervefiberen, og i et lite øyeblikk vil innsiden bli positiv i forhold til utsiden (ca. 40mV).

Det tar bare ca. 1/2500 sekund før den normale situasjonen er gjenopprettet, men hendelsene påvirker cellemembranen rett ved siden av, slik at det samme gjentar seg der. På den måten blir det en liten elektrisk spenningsforandring der innsiden av nervefiberen er kortvarig positiv, og som brer seg bortover langs hele nervefiberen. Det er dette vi kaller en nerveimpuls.

Isolerte nerveceller

Hastigheten på en nerveimpuls varierer etter hvor tykk nervefiberen er. Vanlig hastighet er en–to meter pr. sekund. Men dette er egentlig svært langsomt, og altfor langsomt til at slike nerveimpulser kan gi oss umiddelbar beskjed om en akutt skade, eller fare for skade. Tenk bare på hvis du går barbeint og tråkker på noe varmt. Da vil du umiddelbart merke faren – det vil ikke gå så lenge som en‒to sekunder før nerveimpulsene fra beina kommer opp til hjernebarken og du kjenner noe.

Og hva med en giraff? Den kan bli seks meter høy, og nervefibrene fra bakbeina til hjernen er sikkert ti meter lange. Men hvis et rovdyr biter den i beinet, går det ikke fem–ti sekunder før den merker det. I slike tilfeller er det åpenbart at nerveimpulsene går mye raskere. Det skyldes at mange nerveceller er pakket inn i en isolerende hylse som kalles myelinskjeden. Vi kan sammenligne den med isoleringen på en vanlig elektrisk ledning. Den sørger for at strømmen kan gå mye fortere. I nervefibrer med slik myelinskjede kan ledningshastigheten øke til nærmere 100 meter pr. sekund, eller 360 kilometer i timen – nesten dobbelt så fort som flytoget.

Rask nerveledning er en svært viktig egenskap. De første og mest primitive dyrene manglet myelinskjeder, og hadde således langsom nerveledning og svært dårlig reaksjonsevne. Siden nerveceller og myelin ikke blir bevart i fossiler, vet vi ikke når myelin faktisk oppsto. Noen av de tidligste store, planteetende dinosaurene hadde ledd som tyder på at de beveget seg svært langsomt. De døde ut lenge før de fleste andre dinosaurer. Kanskje de manglet myelin? I så fall ville de ikke ha så stor mulighet til å forsvare seg mot mindre rovdyr som hadde myelin og dermed rask reaksjonsevne.

Både i sentralnervesystemet og det perifere nervesystemet har vi nervefibrer med og uten myelin, avhengig av de forskjellige nervefibrenes oppgaver. De nervefibrene i hjernen og de perifere nervene som har betydning for at vi skal kunne registrere påvirkninger raskt, reagere fort og bevege oss presist og med stor hastighet, har myelinskjede. Mange andre signaler mellom hjernen og kroppen har ikke behov for å overføres med samme hastighet, og de nervefibrene mangler gjerne myelin. Hvis du brenner deg på fingeren, vil du umiddelbart føle smerte, slik at du kan trekke til deg hånden fort. Grunnen til at du kjenner smerten så raskt, er at både de perifere nervene i armen og nervefibrene opp gjennom ryggmargen og hjernen har myelin. Men litt etterpå vil du begynne å kjenne en mer verkende smerte. Den kommer opp til hjernen med tynne nervefibrer som leder signalene langsomt fordi de mangler myelin. Denne verkende smerten forteller deg at du allerede har fått en skade i hånden.

Skade på myelinet

Hvis myelinet på nervefibrene blir ødelagt, fører dette til at signalene kommer langsommere frem, eller ikke kommer frem i det hele tatt. I tillegg kan signalene bli forstyrret hvis det blir «overledning» i et område der myelinet er skadet på flere nervefibrer ved siden av hverandre, slik at nerveimpulser kan bre seg over til andre nervefibrer som egentlig har helt andre oppgaver. I slike tilfeller kan for eksempel nerveimpulser med beskjed om lett berøring hoppe over i nervefibrer som egentlig bare skal lede smertesignaler, og resultatet er at den lille berøringen oppleves som smertefull.

For at signalene skal gå fort, har vi nervefibrer med myelin både i perifere nerver og i hjernen og ryggmargen. Sykdommen multippel sklerose (MS) er nettopp en slik sykdom som fører til skade av myelinet i hjernen og ryggmargen. Denne skaden skyldes en kronisk betennelse som ofte varierer i intensitet og rammer i episoder der det oppstår flekker med myelinskade i sentral­nervesystemet. Symptomene på sykdommen varierer etter når og hvor disse flekkene oppstår. Tåkesyn på ett øye, føleforstyrrelse i en del av kroppen (som at lett berøring blir smertefull), koordinasjons­problemer eller redusert muskelkraft i armer eller bein er typiske eksempler. Symptomene kan bli helt eller delvis borte igjen etter noen uker, når den akutte betennelses­forverringen har gått over og kroppen har forsøkt å reparere skaden i sentralnerve­systemet. Nettopp symptomer og funksjonssvikt i forskjellige deler av hjernen og ryggmargen som opptrer på forskjellige tidspunkter, er typisk ved MS.

For bare 150 år siden var den gjeldende oppfatningen at nerveceller og nervefibrer hang sammen gjennom hele nervesystemet som et spindelvev, selv om enkelte begynte å lure på om nervecellene var selvstendige enheter (nevroner). I dag vet vi at hver nervecelle er enkeltstående, og selv der nervefibrene ser ut som om de henger sammen, er det små mellomrom mellom dem. Den aller første som beskrev dette i medisinsk litteratur, var faktisk Fridtjof Nansen.

De fleste kjenner jo Nansen som nobelprisvinner, polarforsker, politiker, diplomat, oseanograf og kunstner, men han var også den første nordmann som tok doktorgrad på hjerneforskning. I 1887 skrev han sin doktoravhandling om sentralnervesystemet hos slimål. Nansen hadde fått penger av faren sin til å kjøpe et godt mikroskop, og han reiste på studietur til italieneren Camillo Golgi og spanjolen Santiago Ramón y Cajal for å lære å farge tynne skiver av nervevev for å se nervecellene, og for å studere dem i mikroskopet.

Slimålen er et primitivt virveldyr som lever på havbunnen langs hele kysten av Norge. Nansen gjorde detaljerte studier av hjernen og ryggmargen til slimålen og konkluderte med at nervecellene ikke henger sammen, men er selvstendige enheter. Han beskrev denne observasjonen i et vitenskapelig tidsskrift i 1886, noen få måneder før andre forskere publiserte tilsvarende funn.

I 1906 delte Golgi og Ramón y Cajal Nobelprisen i fysiologi eller medisin for oppdagelsen av nevronteorien, selv om de da var både faglig og personlig uenige og knapt på talefot. Egentlig var det jo Nansen som var aller først med oppdagelsen, men Nansen forlot hjerneforskningen for å gå på ski over Grønland, og senere for en rekke andre engasjementer.

Elektriske og kjemiske signaler

Nerveimpulsene er elektriske signaler som brer seg langs nervefibrene, men en nerveimpuls kan ikke bre seg direkte fra én nervecelle til den neste fordi de er fysisk adskilte. Mellom nervecellene går det i stedet kjemiske signaler. Både i enden og mange steder langs nervefibrene finnes det kjemiske kontaktpunkter som kalles synapser. Der er det bare en smal, væskefylt spalte mellom nervecellene. Når en nerveimpuls kommer til synapsen, skilles det ut et kjemisk signalstoff kalt transmittersubstans. Dette signalstoffet flyter (diffunderer) over den smale spalten og fester seg til såkalte receptorer på neste nervecelle. Receptorene er spesielle molekyler på overflaten av cellen. Vi kan sammenligne dem med nøkkelhull, mens transmittersubstansene virker som nøkler. Det finnes egne receptorer eller nøkkelhull for hver transmittersubstans, og når det overføres signaler i synapsen, skjer det ikke noe i neste celle hvis ikke riktig nøkkel (transmittersubstans) finner frem til riktig nøkkelhull (receptor).

Når en transmittersubstans binder seg til riktig receptor, kan det enten stimulere cellen til å lage nye nerveimpulser, eller tvert imot forårsake endringer i cellen som hindrer at det blir laget nye nerveimpulser. Slik har vi noen synapser som er stimulerende, eller eksitatoriske, og noen som er hemmende, eller inhibitoriske. Vi kan nesten sammenligne det med pedalene i en bil. Vi har ett system for å gi gass, ett for å bremse aktiviteten i hjernecellene.

Både stimulerende og hemmende synapser er helt nødvendige for normal hjerneaktivitet. Noen områder i hjernen stimuleres til økt aktivitet, og i andre områder reduseres aktiviteten ved hjelp av hemmende synapser. Alt som skjer i hjernen, er et samspill mellom forskjellige sentre, der aktiviteten justeres opp og ned. Hemmende synapser er også viktige for å sile ut de signalene fra kroppen som skal slippe gjennom til hjernen, og nå frem til bevisstheten.

Sanseorganene våre sender hele tiden signaler opp til hjernen, men de aller fleste signalene blir stoppet lenge før de når opp til hjernebarken og vi kan bli bevisste dem. Hvis vi hele tiden skulle være oppmerksomme på alle signaler både innefra og fra utsiden av kroppen, ville vi blitt overveldet av utallige sanseinntrykk som vi ikke ville ha mulighet til å forholde oss til. I stedet er hjernen innrettet slik at den siler ut de inntrykkene som er uinteressante. Bare den informasjonen vi trenger akkurat nå, kommer opp til bevissthet.

«Har du sokker på deg?» Når jeg spør, blir du umiddelbart bevisst signalene fra sanseorganene i huden på føttene og anklene, slik at du kjenner om du har sokker som berører huden. Men for litt siden kjente du ikke dette – med mindre du har ullsokker som klør. Informasjonen sokker/ ikke sokker er helt uinteressant gjennom det meste av dagen og er bare ett av mange eksempler på hvordan hjernen siler ut sanseinntrykk.