Hjernen sætter hold efter opgaven

Ifølge en ny teori har hjernen nok særlige centre for syn, tale og andre funktioner. Men et center løser ikke sin opgave alene - når udfordringen vokser, hentes processorkraft i andre dele af hjernen, viser avancerede scanninger

Af Jan Skøt redaktion@ing.dk,  fredag 11. apr 2008 kl. 00:45

De sorte streger, du kigger på lige nu, bliver opfattet af dine øjne og derefter sendt videre til synscentret. Her bliver de samlet til symboler, som sendes videre til andre dele af hjernen. Her bliver de tolket som ord, og måske bliver der tilknyttet en følelsesmæssig værdi.

Hvis du synes, at ordene er interessante nok, så bliver de måske gemt i din hukommelse af et nyt center. Vil du tale med nogen om dem, sender dine talecentre besked til andre hjernedele om at bevæge din mund og presse luft gennem din strube.

Det er princippet i de traditionelle modeller af hjernens opbygning og funktion: Der er en lang række præcist afgrænsede områder i hjernen, som er specialiserede i hver deres opgaver.

I gamle dage opdagede man mest disse områder, når personer var blevet skudt eller kommet ud for en ulykke, der beskadigede en lille del af hjernen. Med moderne scanningsteknikker, der måler gennemstrømning af blod, kan man direkte se, hvilke områder af hjernen, der bliver aktiveret i forskellige situationer.

Hjernen er et netværk
Men måske er det slet ikke sådan, hjernen virker. Det mener i hvert fald Marcel Just. Han er professor på Carnegie Mellon Universitetet i USA og forsker i, hvad moderne scanninger kan fortælle os om hjernen.

Han afviser den stive kortlægning af hjernens centre, fordi den ikke kan forklare en vigtig og vidunderlig egenskab ved vores mest avancerede organ: Nemlig hjernens utrolige evne til at regenerere, så evner forsvundet på grund af blodpropper eller andre skader i nogle tilfælde kan gendannes efter timer eller dage.

Også på andre områder ved man, at bestemte opgaver ikke nødvendigvis bliver i det område af hjernen, hvor de normalt bliver udført. For eksempel ved man, at blinde mennesker ofte bruger en del af deres synscenter til at høre med.

Det er svært at forestille sig, hvordan hjernen skulle kunne gøre alle disse ting, hvis den var stift opdelt i centre med hver deres opgaver.

»Hele hjernen er klar over hver gang, der er en opgave, der skal løses. Ledige dele af hjernen kommer så med deres tilbud om at gøre det, og opgaven bliver fordelt på passende områder,« siger Marcel Just.

Marcel Just tror, at vi skal tænke på hjernen som et netværk. Hvert punkt i netværket består af en stor gruppe hjerneceller, der arbejder sammen. Hver af disse grupper byder ind på de opgaver, som hjernen arbejder på. Opgaverne bliver så fordelt dynamisk til de forskellige grupper alt efter, hvad de er specialiserede i, og hvor tunge opgaverne er. Grupperne er ikke selv faste, men er netværk, hvor der hele tiden hopper nerveceller til og fra.

Selvom de fleste grupper er specialiserede, så kan de udføre mange forskellige opgaver. På samme måde kan en bestemt opgave udføres af mange forskellige grupper af nerveceller. Altså en ekstremt fleksibel fordeling af opgaverne.

Professor Just afviser ikke centrene i hjernen. Han tror bare, at deres opgave snarere er at styre og fordele opgaverne til resten af hjernen.

Begrænsninger gør os kloge
Centralt i hans teori står et argument om, at hvert område af hjernen har grænser for, hvor meget det kan tænke.

Det er denne begrænsning, der er grunden til, at hjernen fungerer, som den gør. Hvis hjernen var opbygget af stift konfigurerede områder, der kun havde én opgave, ville mange af dem kun skulle bruges en gang imellem.

Men samtidig ville andre områder af hjernen hele tiden komme i situationer, hvor de manglede ressourcer til at håndtere deres opgaver.

Med Marcel Justs model kan et område af hjernen hele tiden indkalde andre områder til hjælp, når en opgave bliver for svær. På den måde kan hjernen løse mere komplekse opgaver end, hvis hvert område var begrænset til en speciel opgave.

Eksperimentet
Marcel Just har lavet en række eksperimenter, der viser, hvordan hjernen dynamisk forsøger at tildele de rigtige ressourcer fra forskellige steder i hjernen. Ideen i dem alle er at lave en opgave, som undervejs i forløbet bliver sværere.

Det kan man for eksempel gøre ved at lade forsøgspersonerne læse en sætning, som starter almindeligt, men som udvikler sig til at være tvetydig. Det kan være en sætning som »de erfarne soldater advarede om faren udførte midnatsangrebet« (den er mere sprogligt korrekt i sin oprindelige amerikanske version: »The experienced soldiers warned about the dangers conducted the midnight raid.«)

Sådan en sætning er i starten simpel, men midt i den er vi pludselig nødt til at løse en opgave, som er meget vanskeligere. I stedet for at forstå en simpel sætning, skal vi vælge mellem to forskellige tolkninger af den.

Ideen i eksperimentet er, at forsøgspersonernes hjerner i starten kun behøver at bruge den begrænsede kapacitet, der findes i den del af hjernen, der er specialiseret til at håndtere sætninger. Men når den komplicerede del af sætningen dukker op, så bliver det for svært for denne del af hjernen.

Så er den nødt til at hente hjælp andre steder. Det kan man så i scanningen se som øget blodgennemstrømning i de områder af hjernen, der bliver aktiveret.

Hjernen som matematik
Den nye teori er egentlig et biprodukt af professor Justs arbejde med at lave en matematisk model af hjernen. Det har han arbejdet på i over 20 år. Modellen, som han kalder 4caps, kan man bruge til at forudsige, hvordan hjernen vil reagere under givne forzudsætninger. For eksempel kan den bruges til at forudsige, hvordan en bestemt sætning vil aktivere forskellige dele af hjernen - både hvornår og i hvilken rækkefølge.

Det er særdeles nyttigt for at afprøve teorier om, hvordan hjernen fungerer. Men modellen kan også bruges til at forudsige, hvordan mennesker med hjerneskade eller for eksempel autister bruger deres hjerne.

En del af Justs teori om hjernen er, at det ikke kun er tænkning, der er begrænset, men også mængden af information, der kan føres rundt i hjernen. I et forsøg med velfungerende autister viste Just og hans kolleger, at autisterne havde mere begrænsede forbindelser mellem bestemte områder i hjernen - en forståelse som kan have stor betydning for at forstå og måske behandle deres tilstand.

Modellen er et forsøg på at skabe sammenhæng mellem de tre forskellige niveauer, som vi normalt forstår hjernen på. Nemlig det neurale, som handler om de enkelte nervecellers funktion, det cortikale, som er hjerneområderne og det overordnede niveau, som vores adfærd udgør.

4caps-modellen er indtil videre ganske succesfuld. Det er for eksempel lykkedes at forudsige, hvordan hjernen vil reagere, hvis den bliver beskadiget af en blodprop.

At læse vores tanker
Det er også forskernes ambition at forstå, hvad forbindelsen er mellem vores tanker og de biologiske processer, der foregår i hjernen - eller endnu mere overordnet at forbinde sindet med den fysiske hjerne og krop. Det er Just og hans kolleger endnu langt fra - de er kun kommet til en forståelse af de generelle principper.

Et af problemerne er, at den scanningsteknologi, man har i øjeblikket, kun måler blodgennemstrømning i hjernen. Gennemstrømningen ændrer sig kun langsomt, mens hjernen kan reagere langt hurtigere. Derfor vil Just meget gerne kunne måle direkte på de stoffer, som hjernecellerne bruger og måske med millisekunders nøjagtighed. Så vil det være muligt at se mere præcist, hvornår en gruppe af nerveceller bliver aktiveret.

Indtil nu har Marcel Just også kun målt passivt. Men i øjeblikket arbejder han med et forsøg, hvor han vil manipulere med hjernen. Man kan bruge noget, der kaldes TMS - transcranial magnetic stimulation. Ved at sende en lille koncentreret magnetisk impuls ind i hjernen, kan man slå hjernecellerne ud af funktion i nogle sekunder. Det er så vidt man ved, helt uskadeligt og mærkes ikke af forsøgspersonen.

Når man gør det, kan man måle, hvilke andre områder i hjernen, der så tager over. Så kan forskerne pludselig lave de strukturerede eksperimenter i stedet for at vente på personer med blodpropper på de "rigtige" steder.

Så kan vores forståelse af hjernen vokse meget hurtigere. Måske 4caps- modellen endda en dag kunne hjælpe os over det problem, at et system - altså vores hjerne - normalt ikke kan forstå sig selv.