Nervceller för uppmärksamhet identifierade

Den främre delen av hjärnan, frontala kortex, har en nyckelroll i hjärnans kognitiva funktioner. Bland dem ingår mentala processer som vi ständigt använder i vår vardag, såsom uppmärksamhet, minne, inlärning, beslutsfattande och problemlösning. Men det finns mycket vi inte vet än, exempelvis vilka typer av nervceller som är viktiga för de mentala processerna.

Det har länge funnits en teori om att parvalbumin–uttryckande nervceller, så kallade PV-celler, har en central roll i kognition. Nu visar forskare att PV-celler inte bara verkar vara nödvändiga för uppmärksamhet. Det tycks också vara tillräckligt att optimera aktiviteten hos enbart PV-cellerna för att förbättra uppmärksamheten hos möss.

Aktivitet i frontala kortex

Forskarna riktade in sig på att studera uppmärksamhet, eftersom det är en kognitiv process som är förändrad i flera neuropsykiatriska sjukdomar. De tränade möss att utföra en uppgift som kräver hög grad av uppmärksamhet. Medan djuren utförde uppgiften om och om igen registrerade forskarna aktiviteten hos hundratals individuella nervceller med elektroder i frontala kortex på mössen.

– Vi fann att aktiviteten av PV-cellerna speglade djurets nivå av uppmärksamhet. Cellerna hade hög aktivitet om djuren var uppmärksamma och lägre aktivitet om djuren var ouppmärksamma. Skillnaden var så stor att vi genom att endast titta på PV-cellernas aktivitet flera sekunder i förväg kunde förutspå om djuret skulle lyckas utföra uppgiften eller inte, säger ansvarig forskare Marie Carlén vid institutionen för neurovetenskap.

Förbättrade uppmärksamheten

Forskarna använde optogenetik för att påverka PV-cellernas aktivitet under just de sekunder djuren behövde vara uppmärksamma. Djurens uppmärksamhet försämrades när forskarna antingen hämmade PV-cellernas aktivitet eller förändrade mönstret av cellernas aktivitet. Men forskarna hittade också en typ av manipulation som kunde förbättra uppmärksamheten.

Under vissa kognitiva processer ökar en viss typ av hjärnvågor, så kallade gammavågor (30-80 Hz), i prefrontala kortex. När forskarna drev PV-cellernas aktivitet i gamma-hastighet löste djuren uppgiften fler gånger.

Kognitiva problem är vanliga i psykiska sjukdomar som schizofreni, adhd och autism, men det finns i dag ingen effektiv medicin.

Möjligt förbättra kognitiva funktioner

– Våra fynd binder samman en mängd tidigare iakttagelser rörande PV-celler i kognition och neuropsykiatrisk sjukdom, och demonstrerar denna celltyps centrala roll, både i kognition och psykiatri. Fynden visar också att det är möjligt att förbättra kognitiva funktioner genom att förändra aktiviteten i en enda typ av nervcell, något som häpnadsväckande i ljuset av hjärnans komplexitet. PV-celler är därför en mycket intressant måltavla för läkemedelsindustrin, säger Marie Carlén.

Forskningen har gjorts på Karolinska Institutet och finansierats bland annat av Hjärnfonden.

Källa: Karolinska Institutet

Publikation: Prefrontal Parvalbumin Neurons in Control of Attention
Hoseok Kim, Sofie Ährlund-Richter, Xinming Wang, Karl Deisseroth, Marie Carlén
Cell, online 14 January 2016, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.11.038

För frågor, kontakta:
Marie Carlén, forskare. Institutionen för neurovetenskap, Karolinska Institutet.
Telefon: 08-5248 3043 eller 0704-595577
E-post: marie.carlen@ki.se