Fasinerende hjerneceller

Hvis noen skulle be meg tegne ordet kommunikasjon, ville jeg valgt formen til et nevron. Ut fra en liten cellekropp strekker det seg tynne tråder som kommuniserer med tusenvis av andre celler. I hjernen danner 100 milliarder slike celler et nettverk som holder orden på alt vi føler, husker, tenker og sanser.

Da disse cellene først ble oppdaget på 1800-tallet, grublet man lenge på om de hang sammen i hverandre eller om de var små separate enheter. Den italienske legen Camillo Golgi fant svaret. Han utviklet en metode for å farge nerveceller ved hjelp av sølvioner og tegnet møysommelig ned celle etter celle. Tegningene viste tydelig at ingen av cellene hang fast i hverandre. Dermed dukket et nytt spørsmål opp. Hvordan kan cellene kommunisere uten å være i kontakt? Det første store gjennombruddet kom ved hjelp av akkaren, en tiarmet blekksprut. Den kan trekke musklene uhyre raskt sammen for å flykte fra fiender. Nevronene som styrer disse sammentrekningene, er opptil 1 mm brede og 20 cm lange og kan undersøkes uten mikroskop. Ved å stikke tynne glassnåler inn i slike tråder og sprøyte inn elektrisk ladde partikler, viste det seg  at det indre språket i nevroner er elektrisk. Når nevroner mottar signaler, utløses elektriske strømmer inni cellen. Summen av slike strømmer avgjør om nevronet skal videreformidle signalet til andre celler.

For å forstå det bedre, må vi se nærmere på hvordan elektriske signaler sprer seg inni nevronene. Som alle andre celler er de omgitt av en vegg av fett, også kalt cellemembran. Cellemembranen omgir også alle utvekstene, og de fleste av av disse trådene kalles dendritter.  Deres hovedoppgave er å ta i mot signaler fra andre celler. Kun en av trådene har i oppgave å videreformidle signaler, og den kalles for et akson. I cellemembranen til dendrittene er det mange portformede proteiner. Portene blir åpnet og stengt av signalstoffer som binder seg til cellen på utsiden. Når en port er åpen, strømmer det ladde ioner inn i cellen. Dermed oppstår elektiske strømmer. Hvis mange porter åpnes samtidig, når strømstyrken et kritisk nivå som fyrer av et elektrisk signal i aksonet. Det betyr at cellen vil videreformidle noe til andre nevroner. Det kan bare skje i den motsatte enden av aksonet, hvor det finnes noe som kalles for synapser. For aksoner som er korte, går dette av seg selv. Men for aksoner som er lange, som f. eks. aksoner i halsen på en giraff eller i ryggmargen vår, vil en enkelt elektrisk impuls, dø ut. Her oppstår derfor en kjedereaksjon hvor en elektrisk impuls fyrer av den neste, og slik fortsetter det helt til signalet når synapsene.

Og da er vi kommet frem til spørsmålet som dukket opp etter at Golgi hadde tegnet nervecellene som separate enheter. Hvordan kommer signaler videre fra synapsen og frem til dendritter på andre celler? Noen mente det var elektriske signaler mens andre mente det var kjemiske. Først på midten av 1900-tallet begynte man å forstå hva som skjedde, og det viste at begge deler var riktig. Nevroner kan nemlig ha to typer synapser, elektriske og kjemiske. I kjemisk synapsekommunikasjon finnes det blærer med signalstoffer i synapsene. Når det elektriske signalet i aksonet når synapsen, smelter blærene sammen med cellemembranen og slipper innholdet sitt ut i rommet mellom to nevroner. Dermed kan signalstoffene spre seg og binde seg til dendritter på andre celler, og vi er tilbake der vi begynte.

På elektriske synapser  ligger cellemembranen på en celle helt inntil cellemembranen på en annen celle. I begge membranene er det portproteiner som ligger rett ovenfor hverandre. Portene kan åpnes synkront og slippe elektriske ioner fra en celle til en annen. Slike synapser er viktige når kommunikasjon mellom nevroner må gå raskt. De blir også brukt i nevroner som må jobbe synkront. Men de har langt færre reguleringsmuligheter enn kjemiske synapser, og de kan ikke overføre hemmende signaler, bare aktiverende.

Nevronene har altså et uendelig antall muligheter til å variere form og funksjon. Ta to typer synapser, kombiner det med alt fra 1 til 10 000 dendritter, mer enn 100 kjemiske signalstoffer, like mange forskjellig portproteiner, en haug elektriske ioner i varierende  konsentrasjon, og du har bare litt av den menyen nevroner kan velge mellom. I tillegg kan dendritter også ha evnen til å bevege seg raskt, dvs. å strekke seg ut og trekke seg inn. Aksoner kan ha forgreninger og varierende antall synapser. Kommunikasjonen går vanligvis i en retning, dvs. fra synapse til dendritt, men ingen regel uten unntak. Det kan også sendes signalstoffer fra dendrittene til synapser eller direkte fra en synapse til cellekroppen. I tillegg har nevroner evnen til å dø og til å formere seg. Vi får faktisk nye hjerneceller hele livet. Til sammen legger alle disse mulighetene grunnlaget for å bygge det mest avanserte organet vi kjenner til, menneskehjernen. En hjerne som er plastisk og som kan utvikles og trenes.