Gjennombrudd:
Nå kan forskere lese dyrenes tanker.
Rundormen Caenorhabditis elegans har ikke mange brikker å flytte rundt med – bare 302 hjerneceller i alt. Likevel tenker og føler det bare en millimeteren lange dyret på noen måter akkurat som oss. Det har forskere avslørt ved hjelp av en ny teknikk som gjør det mulig å se hvert eneste nervesignal i ormens mikroskopiske hjerne som et lite lysglimt.
Med lignende metoder, som sender elektroder dypt inn i hjernen, kan forskerne følge hjerneaktiviteten i detalj hos større dyr uten å forstyrre dyrenes atferd. Resultatene viser at selv små dyr ikke bare er enkle maskiner som tankeløst utfører automatiske handlinger. De vurderer mulighetene og tilpasser atferden etter situasjonen.
Selv med bare 302 hjerneceller til rådighet oppfører C. elegans seg som et tenkende vesen, fordi nervesignalene ikke alltid går i de samme nettverkene, men endrer retning og finner nye veien mellom hjernecellene alt etter omstendighetene.
Forskernes nye teknikker har allerede gitt oss overraskende innsikt i dyrenes indre liv – og snart vil de kanskje også avsløre hva dyrene tenker om sin egen eksistens.
Signaler lyser opp i hjernen
En av de nye metodene kalles «calcium imaging» – eller kalsiumvisualisering – og avslører mengden av kalsiumioner i kroppens celler. Teknologien utnytter at en nervecelle normalt bare inneholder noen få kalsiumioner, mens ionene strømmer inn hver gang cellen sender et signal. Når nervesignalet er sendt, blir ionene pumpet ut igjen.
Forskerne gjør kalsiumionene synlige ved å genmodifisere dyret slik at det danner et bestemt protein som lyser når det kommer i kontakt med kalsiumioner. De enkelte nervecellene i hjernen lyser deretter kortvarig opp hver gang de avfyrer et signal. Teknologien kan utføres på levende dyr som beveger seg fritt rundt, og dermed kan forskerne løpende følge med når dyrene utviser sin normale atferd.
I dyr med få hjerneceller, som rundormer, er kalsiumvisualisering en ideell teknikk fordi forskerne kan kartlegge aktiviteten i hver eneste nervecelle samtidig. Det utnyttet biofysikeren Aravinthan Samuel i 2020 til å undersøke hva som skjer i hodet på ormen når den har sex.
Hjernen skifter tilstand
Samuel observerte sju hanner og oppdaget at 46 nerveceller styrte hele paringsakten, og at bestemte mønstre av hjerneaktivitet karakteriserte hvert trinn i akten. Hjernen befant seg altså i ulike tilstander avhengig av om hannen lette etter en partner, forsøkte å finne kjønnsåpningen, utførte paringsbevegelser eller fikk utløsning. Til forskernes overraskelse hadde de sju hannene ikke det samme mønsteret av hjerneaktivitet, men utførte paringen på hver sin måte.
Tidligere har forskere ment at dyr som rundormer er så enkle at de bare kan følge helt automatiske og fastlagte aktivitetsmønstre, men det stemmer altså ikke helt.
Hjerneaktiviteten hos de sju hannene var imidlertid ensartet nok til at forskerne nokså presist kunne forutsi når en hann ville gå fra ett trinn i paringsakten til et annet, ut fra kunnskap om de andre hannene. Molekylaerbiologen Jennifer Li nådde i 2019 fram til et lignende resultat da hun undersøkte larver av sebrafisker, men med 100 000 nerveceller er fiskelarvenes hjerner mye mer kompliserte enn ormens.