Har neurovetenskap varit på fel spår i århundraden? Justin Pickard / Flickr, CC BY-SA

Att förstå den mänskliga hjärnan är förmodligen den största utmaningen av modern vetenskap. De ledande tillvägagångssätt för de flesta av senaste 200 år har varit att länka sina funktioner till olika hjärnregioner eller till och med enskilda neuroner (hjärnceller). Men ny forskning alltmer föreslår att vi kanske tar helt fel väg om vi någonsin ska förstå det mänskliga sinnet.

Tanken att hjärnan består av många regioner som utför specifika uppgifter kallas "modularitet”. Och vid första anblicken har det varit framgångsrikt. Det kan till exempel ge en förklaring till hur vi känner igen ansikten genom att aktivera en kedja av specifika hjärnregioner i occipital och temporala lobes. Kroppar behandlas emellertid av en annan uppsättning hjärnområden. Och forskare tror att ännu andra områden - minnesregioner - hjälper till att kombinera dessa perceptuella stimuli för att skapa holistiska representationer av människor. Aktiviteten hos vissa hjärnområden har också varit kopplade till specifika tillstånd och sjukdomar.

Anledningen till att detta tillvägagångssätt har varit så populärt beror delvis på teknik som ger oss enastående insikt i hjärnan. Funktionell magnetisk resonansavbildning (fMRI), vilka spår förändringar i blodflödet i hjärnan, gör det möjligt för forskare att se hjärnområden upplysa som svar på aktiviteter - hjälpa dem med kartfunktioner. Under tiden, optogenetik, en teknik som använder genetisk modifiering av neuroner så att deras elektriska aktivitet kan kontrolleras med ljuspulser - kan hjälpa oss att utforska deras specifika bidrag till hjärnfunktionen.

Medan båda metoderna genererar fascinerande resultat, det är inte klart om de någonsin kommer att ge en meningsfull förståelse av hjärnan. En neuroscientist som finner en korrelation mellan en neuron eller hjärnområde och en specifik men i princip godtycklig fysisk parameter, såsom smärta, kommer att frestas att dra slutsatsen att denna neuron eller den här delen av hjärnan kontrollerar smärta. Detta är ironiskt, för att även i neurovetenskaparen är hjärnans inneboende funktion att hitta korrelationer - oavsett vilken uppgift den utför.

Men vad händer om vi istället övervägde möjligheten att alla hjärnfunktioner fördelas över hjärnan och att alla delar av hjärnan bidrar till alla funktioner? Om så är fallet kan korrelationer hittills vara en perfekt fälla av intellektet. Vi måste sedan lösa problemet med hur regionen eller neuron typen med den specifika funktionen interagerar med andra delar av hjärnan för att skapa meningsfullt, integrerat beteende. Hittills finns det ingen allmän lösning på detta problem - bara hypoteser i specifika fall, som för att erkänna människor.

Problemet kan illustreras av en ny studie som fann att det psykedeliska läkemedlet LSD kan störa modulär organisationen som kan förklara syn. Dessutom är nivån på disorganisering kopplad till svårighetsgraden av "självfördelningen" som människor ofta upplever när de tar drogen. Studien visade att läkemedlet påverkade sättet att flera hjärnregioner kommunicerade med resten av hjärnan, vilket ökade deras nivå av anslutning. Så om vi någonsin vill förstå vad vår självkänsla verkligen är, måste vi förstå den underliggande kopplingen mellan hjärnregioner som en del av ett komplext nätverk.

Ett sätt framåt?

Några forskare tror nu hjärnan och dess sjukdomar i allmänhet kan bara förstås som en samspelet mellan enorma antal neuroner fördelade över centrala nervsystemet. Funktionen hos någon neuron är beroende av funktionerna hos alla tusentals neuroner som den är ansluten till. Dessa är i sin tur beroende av andras. Samma region eller samma neuron kan användas över ett stort antal sammanhang, men har olika specifika funktioner beroende på sammanhanget.

Det kan verkligen vara en liten störning av dessa interplays mellan neuroner som genom lavinverkningar i nätverken orsakar tillstånd som depression eller Parkinsons sjukdom. Hur som helst måste vi förstå nätverkets mekanismer för att förstå orsakerna och symtomen på dessa sjukdomar. Utan den fullständiga bilden kan vi inte lyckas bota dessa och många andra villkor.

I synnerhet behöver neurovetenskap börja undersöka hur nätverkskonfigurationer härrör från hjärnans livslånga försök att skapa mening för världen. Vi behöver också få en tydlig bild av hur cortex, hjärnstammen och cerebellum interagerar med musklerna och tiotusentals optiska och mekaniska sensorer i våra kroppar för att skapa en integrerad bild.

Att koppla tillbaka till den fysiska verkligheten är det enda sättet att förstå hur informationen är representerad i hjärnan. En av anledningarna till att vi har ett nervsystem i första hand är att rörlighetens utveckling krävde ett kontrollsystem. Kognitiva, mentala funktioner - och till och med tankar - kan ses som mekanismer som utvecklats i ordning att bättre planera för konsekvenserna av rörelse och handlingar.

Så vägen framåt för neurovetenskap kan vara att fokusera mer på allmänna neurala inspelningar (med optogenetik eller fMRI) - utan att syfta till att hålla varje neuron eller hjärnregion ansvarig för en viss funktion. Detta kan matas in i teoretisk nätverksforskning, som har potential att redovisa en rad observationer och ge en integrerad funktionell förklaring. Faktum är att en sådan teori bör hjälpa oss att designa experiment, snarare än bara tvärtom.

Stora hinder

Det kommer inte vara lätt men. Nuvarande teknik är dyr - det finns stora ekonomiska resurser samt nationell och internationell prestige investerad i dem. Ett annat hinder är att det mänskliga sinnet tenderar att föredra enklare lösningar över komplexa förklaringar, även om den tidigare kan ha begränsad makt att förklara fynd.

Hela sambandet mellan neurovetenskap och läkemedelsindustrin är också byggt på modulmodellen. Typiska strategier när det gäller vanliga neurologiska och psykiatriska sjukdomar är att identifiera en typ av receptor i hjärnan som kan riktas mot droger för att lösa hela problemet.

Till exempel används SSRI-preparat - som blockerar absorptionen av serotonin i hjärnan så att mer är ledigt - används för närvarande för att behandla ett antal olika psykiska problem, inklusive depression. Men de fungerar inte för många patienter och det kan finnas en placebo-effekten involverad när de gör det.

På samma sätt ses epilepsi idag allmänt som en enda sjukdom och är behandlade med antikonvulsiva läkemedel, som fungerar genom att dämpa aktiviteten hos alla neuroner. Sådana droger fungerar inte heller för alla. Det kan faktiskt vara att varje minuts störning av kretsarna i hjärnan - som kommer från en av tusentals olika utlösningar som är unika för varje patient - kan driva hjärnan till ett epileptiskt tillstånd.

På så sätt förlorar neurovetenskap gradvis kompass på sin påstådda väg mot förståelse av hjärnan. Det är absolut nödvändigt att vi får det rätt. Inte bara kan det vara nyckeln till att förstå några av de största mysterier som är kända för vetenskapen - som medvetande - det kan också hjälpa till att behandla ett stort antal försvagande och kostsamma hälsoproblem.

Om författaren

Henrik Jörntell, universitetslektor i neurovetenskap, Lunds universitet

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon