Hvordan renses hjernen når du sover?

For fire år siden kom det et stort gjennombrudd innen hjerneforskning. Maiken Nedergaard og medarbeidere fant ut at hjernen vaskes ren av hjernevæske når du sover.

Hypotesen deres var at hjernevæsken drives rundt hjernecellene av det pulsative blodtrykket og på den måten drar med seg avfallsstoffer ut av hjernen. Problemet er at det ikke finnes måleinstrumenter som kan måle de trykkforskjellene som driver denne væskeflyten inne i de ørsmå rommene rundt hjerneceller.

Klas Pettersen ved Institutt for medisinske basalfag har med kolleger fra Matematisk institutt og Simula funnet en løsning på denne utfordringen.

Ved å ta bilder av en liten del av hjernen med elektronmikroskopi og deretter lage en matematisk modell hvor de løste 100 millioner differensialligninger, har de klart å simulere hvordan væske flyter rundt hjerneceller. Eller det vil si, hvordan væske ikke flyter rundt hjerneceller.

– Vi fant nemlig, til vår overraskelse, at de ørsmå volumene rundt hjerneceller er så trange at væskeflyten her er vesentlig tregere enn antatt.

Klas Pettersen og hans kolleger viser videre at avfallsstoffer fjernes ved diffusjon, som i liten grad påvirkes av søvn. 

– Vi er enige med Nedergaard i at avfallstoffer transporteres sammen med hjernevæske langs blodårer, men inne i selve hjernevevet, i områder der det ikke er blodårer, vil det ikke være en slik væskeflyt. Der finner vi snarere at avfallstoffene transporteres ved diffusjon. Dette er overraskende da diffusjon under normale omstendigheter er en langsom prosess – det blir som å blande ut sukkeret i kaffen uten å røre. Heldigvis er nettverket av blodårer veldig tett, tilføyer Klas.  

Funnene er viktige for å forstå mekanismene for hvordan avfallsstoffer transporteres ut av hjernen, og kan derfor være viktige for å forstå Alzheimers sykdom. Der ser man at amyloid ikke blir transportert ut av hjernen og brutt ned, men hoper seg opp og danner plakk som dreper hjerneceller. Funnene innebærer at demensforskere nå bør rette oppmerksomheten mot væskestrømmen og avfallsdrenasjen langs blodårene.

Samarbeid

• The SUURPh Programme
• Demensprosjektet VPH-DARE IT
• Erlend Nagelhus (IMB)
• Ole Petter Ottersen (IMB/Karolinska Institutet)
• Stig Omholt (NTNU)
• Kent-Andre Mardal og Karl Erik Holter (Matematisk institutt (UiO)/Simula),
• Anders Dale og Anna Devor (University of California San Diego)
• Terry Sejnowski (Salk Institute)