Gå direkte til innhold

Hjernevask mens du sover

Hjernen hos mennesker og andre pattedyr er helt avhengig av søvn for å kunne fungere, men forskerne har aldri kommet til bunns i hvorfor vi egentlig trenger søvn. Nå viser det seg at hjernen har en «vaskemaskin» som begynner å fjerne avfallsstoffer idet du sovner, og som skrus av når vi våkner igjen.

Mange viktige prosesser foregår i hjernen mens du sover. Søvnen gjør for eksempel godt for immunforsvaret, og kroppen produserer ulike hormoner som er nødvendige for et sunt liv. Men ingen av disse prosessene forklarer egentlig hvorfor alle pattedyr trenger søvn.

Derfor vakte det stor oppsikt da et amerikansk forskerteam under ledelse av professor Maiken Nedergaard ved University of Rochester i USA nylig lanserte en ny teori: Hjernen utnytter søvnperioden til å vaske vekk avfallsstoffer som er blitt samlet opp under dagens arbeid. Den nye teorien bygger på resultater fra professor Erlend Nagelhus og hans forskergruppe i Oslo.

De «tause» gliacellene
– Årsaken til at «vaskemaskin-mekanismen» ikke er blitt oppdaget tidligere, er kanskje at den foregår i de forholdsvis lite studerte gliacellene. Det meste av hjerneforskningen har hittil fokusert på nevronene, forteller professor Nagelhus, som presenterte sin forskning i et hovedforedrag under NevroNor-konferansen på Gardermoen i november.

For 75 år siden ble det utviklet teknikker for å studere nervecellenes elektriske impulser. Gliacellene bruker derimot ikke slike elektriske signaler når de snakker med hverandre. De ble derfor oppfattet som tause «vaktmestere» som bare hadde til oppgave å støtte nevronene – hjernens «primadonnaer» – i deres viktige arbeid.

Professor Erlend Nagelhus er leder av GliaLab og Letten-senteret ved Institutt for medisinske basalfag ved Universitetet i Oslo og forsker ved Nevrologisk avdeling på Oslo Universitetssykehus, Rikshospitalet. (Foto: UiO) (Foto: UIO, Institutt for medisinske basalfag) Hvite flekker på hjernekartet
Faktisk blir gliacellene fortsatt neglisjert. I det store BRAIN-initiativet som USAs president Barack Obama lanserte i 2013, er ikke gliacellene nevnt i det hele tatt. Målsetningen med dette prosjektet er å kartlegge funksjonen til hvert eneste nevron i hjernen. Til tross for at gliacellene utgjør 30-40 prosent av hjernevolumet og er minst like tallrike som nevronene, ble de helt glemt.

– Dette utløste sterk kritikk mot BRAIN-initiativet, en kritikk jeg er enig i. Når man skal kartlegge et terreng, bør man inkludere landskapet rett foran seg, spesielt når det utgjør hvite flekker på kartet, sier Nagelhus.

Han har interessert seg for gliacellene helt siden han i studietiden begynte å forske på dem.

Hjernens «lymfeårer»
Hjernen mangler lymfeårer, som i andre organer gjør jobben med å fjerne overflødig vevsvæske og avfallsstoffer. Det har derfor vært et mysterium hvordan hjernen klarer å kvitte seg med dette. Et svar kom i 2011, da Nagelhus’ forskergruppe viste at vannkanaler i gliacellene er avgjørende for å fjerne overskuddsvann fra hjernen.

Året etter oppdaget Nagelhus og Nedergaard i fellesskap at vannkanalene også skyller bort avfallsstoffer og dermed fungerer som hjernens rengjøringsmaskiner. Gliacellene ivaretar altså den jobben som lymfeårene gjør i andre organer.

Gliacellene driver nemlig en væskestrøm gjennom en hylse de danner omkring blodårene i hjernen. Væskestrømmen frakter bort overskuddsvann og avfallsstoffer som er generert av nevronenes arbeid. Gliacellene sørger blant annet for å vaske ut det toksiske proteinet beta-amyloid, som er mest kjent fordi det hoper seg opp i hjernen hos pasienter med Alzheimers sykdom.

– Vår forskning har altså vist at vannkanalene i gliacellene er avgjørende for at det ikke hoper seg opp vann og avfallsstoffer i hjernen, forklarer Nagelhus.

Vasker mens du sover
Den oppfølgende teorien om at gliacellenes «vaskemaskin» jobber mest mens du sover, ble lansert av professor Maiken Nedergaard i det vitenskapelige tidsskriftet Science i oktober 2013. Funnet ble omtalt blant annet av BBC News, som beskrev hvordan det settes i gang en strøm av væske med oppløste avfallsstoffer i det du sovner. Vaskemaskinen stanser igjen når du våkner – og hvis du ikke får sovet nok, blir hjernen din antakelig ikke vasket ordentlig.

– Resultatene fra Maiken Nedergaards gruppe er interessante, men må som andre funn bekreftes av andre forskere før vi kan ta dem helt innover oss. Men søvn- og vaskemaskin-teorien er veldig spennende, kommenterer Nagelhus.

En viktig oppdagelse som ligger til grunn for den nye teorien ble gjort allerede i 1997. Da oppdaget Nagelhus, som doktorgradsstipendiat i gruppen til Ole Petter Ottersen, UiOs nåværende rektor, at de spesielle vannkanalene eller akvaporinene er konsentrert i gliacellene rundt hjernens blodårer. Vannkanalene dekker hele 30-40 prosent av gliacellenes overflate rundt blodårene, hvilket tyder på at de har en viktig funksjon.

Hjernens nattlige «vaskemaskin» består av en spesiell type gliaceller som kalles astrocytter, fordi de er stjerneformede. Astrocyttene har små vannkanaler (mørkeblått) som pumper overskuddsvæske og avfallsstoffer ut i en hylse som omgir blodårene i hjernen. Illustrasjon: Emblem, Nagelhus og Lothe, UiO.
Plumbo for hjernen
I forskningen er det oftest slik at et resultat gir opphav til nye spørsmål. Nå forsøker Nagelhus og forskergruppen hans å besvare noen av de spørsmålene som oppstod etter at hjernens nattlige vaskemaskin ble oppdaget. Det er kontroversielt hvorvidt vannet med avfallsstoffer dreneres langs arteriene eller venene i hjernen. Forskerne vet heller ikke hva som regulerer denne væskestrømmen og får den til å starte og stoppe.

– Hvis vi finner ut av dette, kan det være første skritt på veien mot å utvikle medisiner som blir en slags «Plumbo for hjernen» – ved å åpne avløp som ikke fungerer ordentlig. Slike medisiner kan kanskje motvirke Alzheimers demens og andre hjerneødeleggende sykdommer som henger sammen med opphoping av skadelige proteiner, antyder Nagelhus.

Snakker et annet språk
– Den gode nyheten er at vi i løpet av det siste året har fått verktøy som for første gang gjør det mulig å studere aktiviteten i gliacellenes fineste utløpere, både de som er rundt synapsene, og de som danner hylsen rundt blodårene. På 1990-tallet oppdaget forskere at gliacellene snakker et annet «språk» enn nervecellene: De bruker ikke elektriske signaler, men kommuniserer i stedet ved å variere konsentrasjonen sin av kalsiumioner. Funn gjort med kalsiumsensorer og avanserte lasermikroskop har tydet på at gliacellene deltar aktivt i signalbehandlingen i synapsene, men dette er kontroversielt, tilføyer Nagelhus.

– De nye verktøyene tillater oss å forske mer på dette, faktisk også i våkne forsøksdyr under atferd og læring. Gjennom et vindu i kraniet vil nemlig lasermikroskopene samtidig detektere aktiviteten i nevroner og gliaceller.

Fakta om forskningen:

Professor Erlend Nagelhus’ forskningsprosjekt In vivo two-photon imaging of glial dysfunction in stroke ble støttet av forskningsprogrammet NevroNor. Prosjektet fokuserte på hvilke roller gliacellenes vannkanal aquaporin-4 (AQP4) har i hjernen ved hjerneslag.

Forskningen har gitt opphav til banebrytende resultater som er publisert i prestisjetunge internasjonale tidsskrifter, blant annet Science Translational Medicine og Proceedings of the National Academy of Science. Det samlede antallet publiserte artikler er 15. Fullstendig liste over pulikasjoner finnes i Forsningsrådets prosjektbank. Prosjektets resultater vedrørende akvaporintypen AQP4s funksjoner ble oppsummert i en review-artikkel i tidsskriftet Physiological Reviews (Nagelhus & Ottersen, 2013), som er det høyest rangerte internasjonale tidsskriftet i fysiologi.

Navnet «glia» kommer fra det greske ordet for «lim», og vi kjenner det igjen i det engelske ordet «glue». Gliacellenes navn stammer fra 1800-tallet og illustrerer at datidens hjerneforskere undervurderte cellenes betydning.

 

Skrevet av:
Bjarne Røsjø
Publisert:
08.12.2014
Sist oppdatert:
13.09.2016