Banebrytende hjerneforskning ved UiB

Figur gjengitt med tillatelse fra Kenneth Hugdahl (se referanser)
Figur: Gjengitt med tillatelse fra Kenneth Hugdahl (se referanser).

Professorer ved Institutt for biologisk og medisinsk psykologi ved UiB har oppdaget et generelt nettverk i hjernen som aktiveres i respons på alle typer kognitive oppgaver. Oppdagelsen kan få stor betydning for hvordan vi forstår psykiske lidelser i fremtiden.

Kenneth Hugdahl har i en årrekke forsket på hørselshallusinasjoner, som vi tidligere har kunnet lese om i Katarsis. Karsten Specht forsker hovedsakelig på hvordan hjernen oppfatter musikk og tale. Sammen har de nå oppdaget et nettverk i hjernen kalt ‘extrinsic mode network’ (EMN).

EMN kjennetegnes ved at det aktiveres helt uavhengig av hva slags kognitiv oppgave vi gjør og hvor vanskelig denne oppgaven er. For eksempel vil EMN aktiveres både under Wisconsin Card Sorting Task (WCST) og i Theory of Mind (ToM)-oppgaver. Dette er to svært ulike kognitive oppgaver, som er ment å teste kognitiv fleksibilitet (WCST) og forståelse av andres sinn og handlingsintensjon (ToM). 

Specht forklarer at EMN aktiveres når vi interagerer med omgivelsene, hvilket er noe vi gjør både i WCST, som dreier seg om å finne ut av regelen for sortering av kort på bordet foran deg, og i ToM-oppgaver, hvor du «projiserer» ditt eget sinn over på personen som står foran deg.

Ulike hypoteser og modeller samme resultat
Oppdagelsen av EMN var nokså tilfeldig. Specht og Hugdahl hadde samme idé, men uavhengig av hverandre. Da Specht var på en konferanse for noen år tilbake, la han merke til at en rekke forskjellige forskere la frem ulike modeller og hypoteser, men at fMRI-resultatene deres var de samme.

Karsten Specht/ foto: Karsten Specht
Karsten Specht. Foto: Privat

Uavhengig av hva de hadde gjort i studien sin, var det altså de samme områdene i hjernen som var aktivert på bildene, opplyser Specht. 

Hugdahl oppdaget EMN ved en tilfeldighet for rundt fem år siden da han skulle forberede en forelesning. Han tok frem data fra tolv ulike studier utført av Bergen fMRI-gruppe, Haukeland Universitetssykehus og det Medisinsk-Odontologiske Fakultet ved UiB. Alle studiene omhandlet helt forskjellige kognitive oppgaver, men ved å legge alle fMRI-bildene fra studiene ved siden av hverandre, så han plutselig et gjennomgående mønster på tvers av alle oppgavene.

Jeg trodde først det måtte være en feil et eller annet sted, at jeg kanskje hadde blandet sammen noe, så jeg måtte sjekke det på nytt. Men det var ingen feil. Egentlig skjønte jeg ingenting, det var for godt til å være sant. Men så fikk jeg en slags aha-opplevelse, hvor det slo meg at kanskje alt sammen er riktig – kanskje det er slik at det eksisterer et slags generelt aktiveringsmønster i hjernen som oppreguleres eller slås på uansett hvilken kognitiv oppgave man gjør, forteller Hugdahl begeistret.

På den tiden da Hugdahl fikk ideen om et generelt aktiveringsmønster i hjernen, var den rådende teorien i forskningsmiljøet at ulike kognitive funksjoner har en unik representasjon i hjernen; altså at én spesifikk funksjon (f.eks. arbeidsminne) er assosiert med ett spesielt aktiveringsmønster. Oppdagelsen av EMN kastet nytt lys over det rådende paradigmet.

«Når bilen går på høygir»
EMN aktiveres når vi interagerer med noe i den ytre verden, derav betegnelsen ‘extrinsic’. Dette kan sammenlignes med  ‘default mode network’ (DMN); et nettverk som aktiveres i fravær av eksterne stimuli. I DMN er aktiviteten med andre ord ‘intrinsic’, slik som når vi dagdrømmer eller er i andre hviletilstander.

Kenneth Hugdahl. Foto: Louise Bjerrum
Kenneth Hugdahl. Foto: Louise Bjerrum


Sammenliknet med en bil som går på bensin, vil EMN kunne sammenlignes med når bilen går på høygir, mens DMN er når bilen går på tomgang, forklarer Hugdahl.

Hugdahl påpeker videre at en bil naturligvis ikke kan gå på både høygir og tomgang samtidig. Med andre ord kan ikke EMN og DMN være like høyt aktivert på et gitt tidspunkt – dersom det ene nettverk oppreguleres, nedreguleres det andre.

Basert på denne tankegangen har Hugdahl og Specht en hypotese om at EMN og DMN kanskje kan være det samme nettverket; de er to sider av samme mynt og er anti-korrelert langs et kontinuum. Gitt et kontinuum som eksempelvis går fra 0 til 100, vil EMN ha en aktivering på 80 dersom DMN har en aktivering på 20. En EMN-aktivering lik 40 vil derfor gi en tilsvarende DMN-aktivering på 60.

EMN faller fra hverandre i psykiske lidelser
På grunnlag av det faktum at vi på tvers av mange psykiske lidelser ser en generell svikt i det kognitive domenet, er oppdagelsen av EMN av stor betydning for hvordan vi forstår psykopatologi. Både Hugdahl og Specht er involvert i klinisk forskning, hovedsakelig på schizofrene pasientgrupper med hørselshallusinasjoner.

Vi tenker oss at hallusinasjoner hos schizofrene har sammenheng med at hjernen deres ligger for høyt på DMN: DMN nedreguleres ikke og EMN oppreguleres ikke i stor nok grad til å kunne motta eksterne stimuli. Da trigges nevronene på «tomgang», hvilket skaper en fenomenologi eller psykologi som lever sin egen verden, forteller Hugdahl.

Han mener en slik antakelse om «forstyrret nettverksregulering» kan forklare både positive (f.eks. hallusinasjoner) og negative symptomer i psykoselidelser, og han hevder at noe lignende også kan være til stede i depresjon og bipolar lidelse.

Specht påpeker at det ikke kun er snakk om en ubalanse mellom opp- og nedregulering av nettverkene, men at det også dreier seg om en forstyrret synkronisering fordi deler av nettverkene «faller fra hverandre». Til sammenlikning tenderer nettverkskomponentene å operere nokså synkront hos friske kontrollpersoner.

På et dypere forklaringsnivå
Selv om Hugdahl og Specht har påvist et teoretisk estimat av EMNs eksistens, er det fremdeles en lang vei å gå. De fysiologiske mekanismene tilknyttet EMN, eller reguleringsdynamikken mellom DMN og EMN, er per dags dato lite kjent, men særdeles viktige å kartlegge for å være i stand til å forstå psykiske lidelsers kompleksitet.

Nå jobber vi mye på imaging-nivå, men vi prøver å komme ned på cellulært nivå, altså signalstoffer og reseptorer. Det vi gjør nå, og her i Bergen er vi i verdensfronten på det faktisk, er å måle konsentrasjonen av signalstoffene glutamat og GABA i hjernen. Det er ikke urimelig å tenke seg at samspillet mellom glutamat og GABA ligger under reguleringen av DMN og EMN, avslutter Hugdahl og Specht entusiastisk.

Artikkelen om EMN kan du lese i journalen Frontiers in Human Neuroscience [link: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fnhum.2015.00430/full].

Referanser:
Figur gjengitt med tillatelse fra Kenneth Hugdahl. Hentet fra:

Hugdahl K, Raichle ME, Mitra A and Specht K (2015) On the existence of a generalized non-specific task-dependent network. Front. Hum. Neurosci. 9:430. doi: 10.3389/fnhum.2015.00430