Kronik. En af hjerneforskningens mest brugte metoder er kommet under skarp kritik.

Hjernens hemmeligheder

Hjernens hemmeligheder

Hjerneforskning (neuroscience) har været genstand for stor opmærksomhed de sidste 50 år. Begrebet blev indført i 1963 som modpol til psykologernes dramatiske afvisning af hjernen som genstand for psykologisk forskning, blandt andre af professor Jørgen Jørgensen i København. Han mente ikke, at studier af hjernen som organ ville bidrage til forståelsen af den menneskelige psyke. Det blev en konflikt, som stadig er genstand for voldsom debat.

I de første mange år havde hjerneforskningen fokus på hjernens forbrug af druesukker, der er et vigtigt brændstof for al normal hjerneaktivitet, men det er ikke hjerneforskningens eneste mål. Et andet mål er blodforsyningen til forskellige dele af hjernen, ofte målt med en særlig magnetisk resonansteknik (fMRI), som blev opfundet 30 år senere, i 1993. Den blev hurtigt hjerneforskernes foretrukne metode, men sammenhængen mellem det, man troede var et mål for hjernens »aktivitet«, på den ene side og hjernens arbejde på den anden var fortsat en gåde.

For ganske nylig har hjerneforskere og psykologer fra Duke University i Durham, USA, og University of Otago i Dunedin, New Zealand, med Maxwell Elliott og Annchen Knodt i spidsen (Elliott et al. 2020) gennemgået ikke færre end 90 kortlægninger af aktiverede områder i hjernen hos flere end tusind frivillige forsøgspersoner med fMRI, offentliggjort i perioden 2011-2019.

Forskerne fandt ingen overbevisende evidens for aktivering af hjerneregioner, som kunne gentages og vise samme resultat efter flere dage eller måneder. Den såkaldte korrelationskoefficient angav overensstemmelsen mellem resultaterne af de to sæt skanninger til ikke mere end 0,4 i gennemsnit, hvilket bedømmes til at være en »svag til moderat« sammenhæng. Det er væsentlig lavere end en »stærk« sammenhæng, som kræver koefficienter på 0,8-0,9, hvis overensstemmelsen skal være overbevisende og klinisk brugbar.

For selv at afprøve resultaterne udførte forskerne egne forsøg af samme slags med mange forskellige aktiveringer med helt nye MR-skannere. Her fandt de endnu lavere overensstemmelse.

Gåden om bevidsthed

Diskussionen om de bedste metoder har stået på, lige siden hjerneforskningen opstod som begreb. Blandt kandidaterne er foruden måling af hjernens sukkerforbrug, blodforsyning og iltomsætning mange forskellige slags målinger af elektriske og magnetiske signaler i og fra hjernevæv, produktion og virkning af signalstoffer i hjernen og refleksion af lys fra hjerneceller og nerveforbindelser foruden andre metoder, der stadig er på udviklingsstadiet.

Da psykologerne afviste hjernen som emne for deres egen forskning i årene efter Anden Verdenskrig, banede de vejen for andre forskere, som med ildhu kastede sig over det forsømte organ med psykiaterne Seymour Kety og Louis Sokoloff i USA i spidsen. Feltet udviklede sig i trit med opfindelsen af nye og bedre hjerneskannere.

Der opstod særligt to skoler, den ene baseret på målinger af hjernens blodgennemstrømning med forskellige metoder, den anden baseret på målinger af hjernens druesukkeroptagelse og iltforbrug. Så burde alle betingelser tilsyneladende være til stede for en beskrivelse af hjernevævets energiomsætning og derfor af arbejdet forskellige steder i hjernen.

Med den særlige positron-emissionstomografiske (PET) metode kan man måle værdier for ilt- og druesukkerforbrug i hjernen, hvilket alle anerkender som de vigtigste deltagere i nedbrydningen af næringsstoffer i hjernen og derfor som en betingelse for hjernens arbejde i vågen (eller sovende) tilstand.

PET blev derfor et vigtigt værktøj, da det lykkedes forskere at måle forbrændingen af druesukker direkte i små områder i menneskehjernen. Kortlægningen af hjernens energiomsætning med radioaktivt mærket druesukker var opfundet af Louis Sokoloff ved NIH i Bethesda i 1974 og sat i værk af Abass Alavi i Philadelphia i 1976. Metoden blev indført i Danmark i 1989 af Olaf Paulson i København og i 1993 af Søren Hansen og undertegnede i Aarhus, da jeg kom fra Canada.

Udfordringen var at vise, hvad metoden har at gøre med bevidsthed, og derfor, hvad bevidsthed er som naturvidenskabeligt begreb. Druesukkerforbruget understøtter angiveligt bevidstheden ved at drive energiomsætningen i hjernen. Det sker ved hjælp af stofskiftemolekylet ATP, som gendannes med bidrag fra et større eller mindre forbrug af ilt.

Det lykkedes da også hjerneforskerne at vise, at energiomsætningen er proportional med bevidsthedsniveau helt ned til bevidstløshed i bestemte områder i pandelappen hos dyre- og menneskehjerner.

I 2005 brugte vi PET i Aarhus til at vise, at relationerne mellem hjernens aktivitetsniveau og blodgennemstrømningen ofte misforstås. Den almindelige fortolkning af de målte stigninger af hjernens gennemblødning ved aktivering af hjernens arbejde er, at blodgennemstrømningen stiger mere end iltforbruget som kompensation for den manglende iltreserve i hjernevæv. Påstanden indebærer omvendt, at iltforbruget skal falde, når blodgennemstrømningen aftager. Det er bare ikke det, forskerne ser. Iltforbruget er konstant, selv når gennemblødningen falder, for eksempel fordi folk hyperventilerer (trækker vejret hurtigt) eller indtager særlige medikamenter.

For at løse gåden konstruerede vi en model af iltomsætningen, hvor mitokondrierne, der er nervecellernes motorer, bliver mere modtagelige for ilt, når ilttilbuddet falder, lidt ligesom butikkernes udsalg ved jul og nytår.

Vi påstod også, at den ansvarlige faktor er en særlig gasart (nitrogenoxid), der går hen og sænker »prisen« på iltomsætningen, når iltforsyningen falder. Det viste sig at være en rigtig hypotese, da vi målte et uændret iltforbrug, selv når blodforsyningen faldt helt ned til 65 procent af det normale.

Hjerneforskning i krise

I mellemtiden blev opfindelsen af fMRI i 1993 betragtet som et stort fremskridt i forhold til den mere komplicerede PET-metode til måling af hjernens blodforsyning. Alligevel var det en relevant indvending, at blodforsyningen til forskellige dele af hjernen er det mindst specifikke mål for hjernevirksomhed uanset metode, selvom blodforsyningen hurtigt blev den mest populære genstand for hjerneforskernes opmærksomhed, især på grund af de »funktionelle« skanninger med fMRI.

Som metode blev fMRI allerede fra begyndelsen mødt med en vis skepsis af mange fysiologer. De vidste, at metoden faktisk ikke måler blodgennemstrømningen direkte, men i virkeligheden registrerer en anden størrelse, som afhænger af den andel af ilten i hjernens blodkar, som når at forlade blodet, mens det passerer gennem hjernen. Den andel er ikke et absolut mål, men en relativ størrelse, som udregnes i forhold til en hviletilstand. Desuden kræver bestemmelsen en ret avanceret fortolkning af det målte for at give et fingerpeg om blodforsyningens ændringer, også når de med fordel kan gentages.

Trods den vanskelige fortolkning vandt fMRI enormt indpas blandt mange forskere, fordi metoden er nem at udføre og ofte giver dramatiske resultater, som appellerer til iagttagere. Det har skabt mange eksperimentelle situationer, hvor det er svært at bekræfte resultaterne. Mange forskere har kaldt situationen en krise for hjerneforskningen.

Problemet er, at psykologernes vigtigste gåder, bevidsthed, subjektivitet og det, man kalder »theory of mind« (menneskers bevidsthed om hinanden), af disse og mere overordnede grunde heller ikke er løst af fysiologerne.

What Is the Test-Retest Reliability of Common Task-Functional MRI Measures? New Empirical Evidence and a Meta-Analysis. Psychological Science, juli 2020.

 

Albert Gjedde, Professor emeritus, neurobiologi og farmakologi, Panuminstituttet, Københavns Universitet

 

Cerebral Metabolic Response to Low Blood Flow: Possible Role of Cytochrome Oxidase Inhibition. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolim, september 2005.

Side 55



Skribenternes avis

Marta Sørensen

Klaus Rothstein

Tine Eiby

Morten Beiter