Hjernen – organet for hvem vi er og hva vi gjør

Per BrodalInstitutt for medisinske basalfag

Universitetet i Oslo

Når ”direktøren” svikter Ålesund 19. mars 2014

2P. Brodal 2014

Hjernen er ikke bare kompleks, den er fantastisk kompleks (L. Weizkrantz 1997)

The whole problem with the world is that fools and fanatics are so certain of themselves, and wiser people so full of doubts.

Bertrand Russel

P. Brodal 2014 3

• Atferdsnivå• Kognitivt nivå• Biologisk nivå

Den mereologiske villfarelsen: Helhetens egenskaper eller atferd blir feilaktig tilskrevet en del av helheten

Naiv reduksjonisme

Biologisk nivå

P. Brodal 2014 4Tidsskr.Nor.Legefor. Nr 21, 2012

..tendens til støtte til hypotesen vår om at barn med autisme har endringer både i nevronal aktivitet ved fMRI og synaptisk aktivitet målt ved MR-spektroskopi sammenlignet med friske kontrollbarn.

5

Hvilket nivå befinner forskerne seg på?

P. Brodal 2014

“Oppsiktsvekkende resultater”

Kognitivt nivå

P. Brodal 2014 6Trends Cogn. Sci. 16:504-510, 2012.

We argue that people with autism see the world more accurately – as it really is – as a consequence of being less biased by prior

experience.

Naiv reduksjonisme?

Belmonte et al. J.Neurosci. 24:9228-9231, 2004

It has been said that people with autism suffer from a lack of ”central coherence”, the cognitive ability to bind together a jumble of separate features into a single, coherent object or concept

Ironically, the same can be said of the field of autism research, which all too often seems a fragmented tapestry stitched from differing analytical threads and theoretical patterns.

7P. Brodal 2014

P. Brodal 2014 8

Et fugleperspektiv på hjernens arbeidsmåte

9P. Brodal 2014

Vi skaper vår virkelighet…

H.J. Jerison (Sci.Am. , Jan. 1976) Virkeligheten, eller den virkelige verden vi kjenner

intuitivt, er et produkt av nervesystemet: - en modell av en mulig verden, som setter hjernen i

stand til å håndtere den enorme informasjonsmengden som den mottar og behandler.

P. Brodal 2014 10

Hva er ”sant”?

Donald MacLeod, 2003(Trends in Cognitive Sciences vol 7, No 3)

Betydningen av kontekst

P. Brodal 2014 11

Mye informasjon er tvetydig..

++

Betydningen av hvor vi har oppmerksomheten

P. Brodal 2014 12

Hvordan hjernen arbeider

Fra Frith: Making up the mind. 2007

Betydningen av forhåndskunnskap

P. Brodal 2014 13

Hvordan hjernen er organisert

Nerveceller kommuniserer..

P. Brodal 2014 14

Elektrisk signalSynapse

Dendritt

Akson

Frisetting av nevrotransmitter

Mange synapser kan endres ved bruk

P. Brodal 2014 15

Kortikale nevroner..

•Hvert kontaktes av noen tusen andre..•..og danner selv synapser med noen tusen

•Menneskets hjernebark inneholder 20 milliarder nevroner..

P. Brodal 2014 16

Hvordan hjernen arbeider: Utbredte, oppgavespesifikke nevrale nettverk

Kontroll av målrettede bevegelser

Kroppsrepresentasjon (kroppsbilde, kroppsskjema, eierskap…)

Smerte

Motivasjon/affekt/emosjoner

Oppmerksomhet

Hukommelse

P. Brodal 2014 17

Synkronisert aktivitet nettverkets ”signatur”?

Raichle M E J. Neurosci. 2009;29:12729-12734

P. Brodal 2014 18

En nevrongruppe inngår I flere nettverk

Motivasjon/affekt/emosjoner

Oppmerksomhet

P. Brodal 2014 19

Nettverk i hjernebarken som deler nevrongrupper?

Insula

Gyrus cinguli

Smerte

Kroppsrepresentasjon (kroppsbilde, kroppsskjema, eierskap..)

Oppmerksomhet

+ Emosjoner+ Autonome funksjoner+ Kognitive funksjoner

P. Brodal 2014 20

Tre grunnleggende (core) nettverk

Handlingsnettverk –«Central Executive Network; executive functions»

Viktighetsnettverk – «Salience network»

Introspeksjonsnettverk – «Default mode network; resting state network..»Aktivt i våken rolig tilstand (Thinking about what is not going on around us)

Skifte mellom oppmerksomhetstilstander

P. Brodal 2014 21

Orbitofrontal korteks – EVALUERING: hvor viktig er det jeg holder på med?

Gyrus cinguli – MONITORERING:Hvordan går det, får jeg det til?

Locus coeruleus (LC) NORADRENALIN

To aktivitetstilstander:Skurer: FOKUSERT OPPMERKSOMHETJevn: SØKENDE

PONS

22P. Brodal 2014

Kan tanker og følelser skilles?

Antonio Damasio (University of Iowa): ..det bisarre skillet mellom tanke og følelse

(kognisjon og emosjon), som om man på en eller annen måte kunne ha tanker uten følelser, og et sinn uten affekt

..skillet mellom emosjon og kognisjon fikk sitt anatomiske motstykke i dualismen mellom det limbiske system og hjernebarken

23P. Brodal 2014

Alle tre hovednettverkene er aktive ved emosjoner…

Lindquist & Barrett Trends Cogn. Sci. 16, 2012

Meta-analyse av studier av aktivering (fMR) ved ulike emosjoner

”.. fail to demonstrate a consistent and specific relationship between activation in any one region of brain tissue and any one emotional faculty.”

24P. Brodal 2014

Skade av prefrontalkorteks

Eksempel på hvordan det går når tanke og følelse ikke går sammen?• pasienter med prefrontale skader er

intellektuelt intakte, og greier de fleste nevropsykologiske tester bra, men er likevel ute av stand til å leve et normalt liv

P. Brodal 2014 25

Om nettverkenes utvikling

Lærende nettverk

P. Brodal 2014 26

Presis informasjon(hva, hvor, når)

Modulerende synaptisk påvirkning (motivasjon, oppmerksomhet)

Transmittere:Glutamat, GABA

Transmittere:Noradrenalin, acetylkolin, dopamin, serotonin

Utvikling av hjernen etter fødselen

Første leveår: tredobling Voksen vekt oppnås ved 5-

årsalder Stadig remodellering frem til

voksen alder• Størst synapsetetthet i korteks

første til andre leveår• Spesielt stor reduksjon i kortikalt

synapseantall rundt puberteten• Bruk av systemene avgjør

funksjon

27P. Brodal 2014Nyfødt 2 år

Nerveceller i hjernebarken

28

Utvikling av funksjonelle nettverk

P. Brodal 2014 Fair et al. 2008

MYELINISERING: økning i lange funksjonelle forbindelser

SYNAPSE-ELIMINASJON:reduksjon i tetthet av lokale forbindelser (?)

Tidlig genetisk forstyrrelse – endret hjernefunksjon som voksenNiwa et al. 2010 (Neuron 65:480-489) Musemodell: forbigående hemming (knockdown) in

utero av genet DISC1 (Disruptive-In-Schizophrenia-1)

Neonatalt forstyrret dendrittutvikling Etter puberteten forstyrret utvikling av dopaminerg

funksjon og nevrale nettverk i prefrontalkorteks Korrelert med spesifikke kognitive og

atferdsmessige avvik

29P. Brodal 2014

Utvikling av evne til oppmerksomhet

Voelker et al. Neuroscience 164:121-130P, 2009

sammenheng mellom plymorfisme av COMT-genet og evne til oppmerksomhet hos små barn

også sammenheng mellom “parenting quality” og oppmerksomhet

relatert til utvikling av spesifikke nettverk (?)

30P. Brodal 2014

31P. Brodal 2014

Arv og miljø i nettverkenes utforming

Han and Northoff (Nature Rev. Neurosci. 2008) Mennesker oppvokst i ulike kulturer har ulike

aktiveringsmønstre ved samme kognitive oppgave ”If brain regions and their connectivity (for example,

their wiring) are constitutionally dependent on the environmental context, it would be impossible to to consider the brain in isolation from the environment.”

32P. Brodal 2014

“Et nytt syn på hjernen..”

• ..ikke som programmert og statisk, men heller som dynamisk og aktiv..

• ..hjernen prøver å konstruere et koherent selv og en forutsigbar verden, uansett hvilke defekter eller forstyrrelser av funksjon den er utsatt for

A.R. Luria (sitert av Oliver Sacks i ”An Anthropologist on Mars”):