I over et årti har neurovidenskabsfolk forsøgt at finde ud af, hvordan neurogenese (fødslen af nye neuroner) og neuroplasticitet (de neurale kredsløbs formbarhed) arbejder sammen for at omforme den måde, vi tænker, husker og opfører os på.

I denne uge rapporterede en øjenåbnende ny undersøgelse, “Adult-Born Neurons Modify Excitatory Synaptic Transmission to Existing Neurons”, hvordan nyfødte neuroner (skabt via neurogenese) væver sig selv ind i et “nyt og forbedret” neuralt tæppe. Resultaterne fra januar 2017 blev offentliggjort i tidsskriftet eLife.

Under denne state-of-the-art undersøgelse på mus fandt neurovidenskabsfolk ved University of Alabama at Birmingham (UAB), at kombinationen af neurogenese og neuroplasticitet fik mindre veltrænede ældre neuroner til at forsvinde i glemsel og dø, da de sprælske, unge nyfødte neuroner overtog eksisterende neurale kredsløb ved at skabe mere robuste synaptiske forbindelser.

I deres seneste UAB-undersøgelse fokuserede Linda Overstreet-Wadiche og Jacques Wadiche – som begge er lektorer ved University of Alabama at Birmingham Department of Neurobiology – på neurogenese i dentate gyrus-regionen i hippocampus.

Dentate gyrus er et epicenter for neurogenese, der bl.a. er ansvarlig for dannelsen af nye episodiske erindringer og den spontane udforskning af nye omgivelser.

Mere specifikt fokuserede forskerne på nyfødte granulecelle-neuroner i dentate gyrus, der skal blive koblet ind i et neuralt netværk ved at danne synapser via neuroplasticitet for at holde sig i live og deltage i den løbende neurale kredsløbsfunktion.

Der er kun to store hjerneområder, som i øjeblikket menes at have evnen til kontinuerligt at føde nye neuroner via neurogenese hos voksne; det ene er hippocampus (langtidshukommelse og rumlig hukommelse), det andet er lillehjernen (koordination og muskelhukommelse). Det er især granulecellerne, der har den højeste neurogenesehastighed. Både hippocampus og cerebellum er fyldt med granuleceller.

Interessant nok er moderat til kraftig fysisk aktivitet (MVPA) en af de mest effektive måder at stimulere neurogenese og fødslen af nye granuleceller i hippocampus og cerebellum på. (Som en hjørnesten i The Athlete’s Way-platformen har jeg skrevet om forbindelsen mellem MVPA og neurogenese i over et årti. Klik på dette link for at læse en lang række indlæg fra Psychology Today om emnet.)

Granuleceller blev først identificeret af Santiago Ramón y Cajal, som i 1899 lavede smukke skitser, der illustrerer, hvordan granulecellerne skaber synaptiske forbindelser med Purkinjecellerne i lillehjernen. Hans betagende og Nobelprisvindende illustrationer er i øjeblikket på museumsturné i USA (som et lån fra Instituto Santiago Ramón y Cajal i Madrid, Spanien) som en del af den omrejsende kunstudstilling “The Beautiful Brain”.

(Som en sidebemærkning er lugtekolben det eneste andet subkortikale hjerneområde, der er kendt for at have en høj grad af neurogenese. Spekulativt kunne dette være en af grundene til, at duften spiller en så uudslettelig og evigt skiftende rolle i vores hukommelsesdannelse og “erindring om fortidens ting”.

Neurogenese og neuroplasticitet arbejder sammen for at omlægge neurale kredsløb

Et af de vigtigste aspekter af neural plasticitet kaldes neural darwinisme eller “neural beskæring”, hvilket betyder, at enhver neuron, der ikke er “fyret og koblet” sammen i et netværk, sandsynligvis vil blive slukket. Den seneste UAB-forskning tyder på, at nyfødte neuroner spiller en rolle i fremskyndelsen af denne proces ved at “vinde” i en neuronal kamp af typen “survival of the fittest” mod deres mere ældre eller udtjente modstykker.

Længe før der fandtes neurovidenskabelige undersøgelser af neuroplasticitet og neurogenese, beskrev Henry David Thoreau ufrivilligt processen med, hvordan de stier, som ens sind rejser, kan blive fastlåste (når man sidder fast i et spor), ved at beskrive en veludtjent sti gennem skoven. I Walden skriver Thoreau,

“Jordens overflade er blød og kan mærkes af menneskers fødder; sådan er det også med de stier, som sindet bevæger sig på. Hvor slidte og støvede må da verdens landeveje være, hvor dybe spor af tradition og konformitet!”

Fra et psykologisk synspunkt præsenterer den seneste opdagelse fra UAB den spændende mulighed, at når voksenfødte neuroner væver sig ind i eksisterende neurale netværk, skabes der nye erindringer, og ældre erindringer kan ændres.

Gennem neurogenese og neuroplasticitet kan det måske være muligt at udforme en frisk og uslidt sti, som dine tanker kan bevæge sig på. Man kunne spekulere i, at denne proces åbner op for muligheden for at genopfinde sig selv og bevæge sig væk fra status quo eller for at overvinde tidligere traumatiske begivenheder, der fremkalder angst og stress. Fastlåste frygtbaserede erindringer fører ofte til undgåelsesadfærd, som kan holde dig tilbage fra at leve dit liv fuldt ud.

Fremtidig forskning i neurogenese kan føre til nye PTSD-behandlinger

Granuleceller i dentate gyrus er en del af et neuralt kredsløb, der behandler sensoriske og rumlige input fra andre områder af hjernen. Ved at integrere sensorisk og rumlig information har dentate gyrus evnen til at generere unikke og detaljerede erindringer om en oplevelse.

Hvor denne undersøgelse havde Overstreet-Wadiche og hendes UAB-kolleger et par grundlæggende spørgsmål om, hvordan de nyfødte granuleceller i dentate gyrus fungerer. De stillede sig selv to specifikke spørgsmål:

1. Da antallet af neuroner i dentate gyrus øges ved neurogenese, mens antallet af neuroner i cortex forbliver det samme, skaber hjernen så yderligere synapser fra de cortikale neuroner til de nye granuleceller?
2. Og overfører nogle kortikale neuroner deres forbindelser fra modne granuleceller til de nye granuleceller?

Igennem en række komplekse eksperimenter med mus har Overstreet-Wadiche et al. fandt ud af, at nogle af de kortikale neuroner i hjernebarken overførte alle deres tidligere forbindelser med ældre granuleceller (som måske var slidte eller overskred deres bedste tid) til de nyfødte granuleceller, der var klar til at gå i gang.

Denne revolutionerende opdagelse åbner døren for at undersøge, hvordan omfordelingen af synapser mellem gamle og nye neuroner hjælper dentate gyrus med at holde sig ajour ved at danne nye forbindelser.

Et af de vigtigste spørgsmål, som forskerne ønsker at dykke dybere ned i under kommende eksperimenter, er: “Hvordan hænger denne omfordeling sammen med de gavnlige virkninger af motion, som er en naturlig måde at øge neurogenese på?”

I fremtiden er det muligt, at avanceret forskning i neurogenese og neuroplasticitet kan føre til finjusterede neurobiologiske behandlinger af lidelser som f.eks. posttraumatisk stresslidelse (PTSD) og demens. I en erklæring til UAB sagde Overstreet-Wadiche,

“I løbet af de sidste 10 år har der været beviser for en omfordeling af synapser mellem gamle og nye neuroner, muligvis ved en konkurrenceproces, som de nye celler har en tendens til at ‘vinde’. Vores resultater er vigtige, fordi de direkte viser, at for at de nye celler kan vinde forbindelser, mister de gamle celler forbindelser.

Så processen med voksen neurogenese tilføjer ikke kun nye celler til netværket, den fremmer også plasticitet i det eksisterende netværk. Det vil være interessant at undersøge, hvordan neurogenese-induceret plasticitet bidrager til funktionen af dette hjerneområde.

Neurogenese er typisk forbundet med forbedret tilegnelse af ny information, men nogle undersøgelser har også antydet, at neurogenese fremmer ‘glemsel’ af eksisterende erindringer.”

Aerob træning er den mest effektive måde at stimulere neurogenese og skabe voksenfødte neuroner

I de sidste 10 år har de handlingsorienterede råd, som jeg har givet i The Athlete’s Way, været rodfæstet i troen på, at enhver gennem den daglige træningsproces kan stimulere neurogenese og optimere sin tankegang og sit livssyn via neuroplasticitet.

Programmet er designet til at omforme neurale netværk og optimere dit tankesæt. Siden begyndelsen har dette program været baseret på opdagelsen af, at aerob aktivitet producerer brain-derived neurotrophic factor (BDNF) og stimulerer fødslen af nye neuroner gennem neurogenese. Jeg beskriver min filosofi i indledningen til The Athlete’s Way,

“At flytte fokus fra tyndere lår til et stærkere sind gør denne træningsbog unik. The Athlete’s Way fokuserer ikke kun på at forme sixpack mavemuskler eller forme baller af stål. Vi er mere interesserede i at opbygge dine neuroner og omforme dine synapser for at skabe en optimistisk, modstandsdygtig og beslutsom tankegang. Målet er transformation indefra og ud.

Min mission er at få dette budskab ud til dig, så du kan bruge neurobiologi og adfærdsmodeller til at hjælpe med at forbedre dit liv gennem motion. Jeg er en fanatiker om svedens kraft til at forvandle folks liv ved at forvandle deres sind. Min overbevisning er stærk og autentisk, fordi jeg har levet den.”

Jeg skabte The Athlete’s Way sammen med den uundværlige hjælp fra min afdøde far, Richard Bergland, som var en visionær neurovidenskabsmand, neurokirurg og forfatter til The Fabric of Mind (Viking).

For ti år siden, da jeg udgav The Athlete’s Way: Martin’s Press (St. Martin’s Press), satte jeg neurogenese og neuroplasticitet i fokus. På det tidspunkt var opdagelsen af neurogenese helt ny og stadig et radikalt begreb i den almindelige neurovidenskab.

I begyndelsen af det 21. århundrede troede de fleste eksperter stadig, at mennesker blev født med alle de neuroner, de ville få i hele deres levetid. Om noget troede man, at mennesker kun kunne miste neuroner eller “dræbe hjerneceller”, efterhånden som vi blev ældre.

Da jeg udgav The Athlete’s Way i 2007, var der forståeligt nok masser af skeptikere og nej-sigere, som mente, at mine idéer om at omforme tankegangen ved hjælp af en kombination af neurogenese og neuroplasticitet gennem moderat til kraftig fysisk aktivitet var latterlige.

I de sidste 10 år har jeg holdt mine antenner oppe og fingeren på pulsen af al den nyeste forskning om neurogenese og neuroplasticitet i håb om at finde yderligere empiriske beviser, der giver mere videnskabelig troværdighed til mit system af tro og metodologi.

Nødvendigt at sige, at jeg var overvældet og ekstatisk i morges, da jeg læste om den nye forskning af Linda Overstreet-Wadiche og Jacques Wadiche, der udpeger de specifikke detaljer i, hvordan neuroner født af voksne ændrer eksisterende neurale kredsløb. Det er fascinerende!

Det er spændende tider inden for neurovidenskaben. Moderne neurovidenskabelige teknikker er klar til at løse mange flere gåder vedrørende den komplekse mekanisme, hvormed neurogenese og neuroplasticitet arbejder sammen som en dynamisk duo for at omforme vores neurale netværk og den funktionelle forbindelse mellem hjerneområder. Hold øje med fremtidige empiriske beviser og videnskabelig forskning om neurogenese og neuroplasticitet i de kommende måneder og år.

I mellemtiden, hvis du gerne vil læse et gratis uddrag af The Athlete’s Way, der giver nogle enkle handlingsanvisninger og praktiske måder, hvorpå du kan stimulere neurogenese og omlægge din hjerne via neuroplasticitet og moderat til kraftig fysisk aktivitet, kan du tjekke disse sider fra et afsnit af min bog med titlen: “Neuroplasticity and Neurogenesis: Combining Neuroscience and Sport”.