Hur hjärnan styr kroppsliga funktioner och komplexa beteenden har länge varit en av vetenskapens största gåtor. Under 1900-talet lyckades forskare i stor utsträckning kartlägga vilka delar av hjärnan som hanterar olika processer. De dåtida metoderna var dock otillräckliga för att bevisa direkta orsakssamband mellan nervcellsaktivitet och specifika reaktioner. I dag har neurovetenskapen gått in i ett nytt skede, mycket tack vare årets tre Nobelpristagare, vars upptäckter fortsätter att kasta nytt ljus över hjärnans funktioner.
Per Svenningsson, ordförande i Nobelkommittén för fysiologi eller medicin, pekar på vad tekniken betytt för forskningen:
– Optogenetiken har gett oss möjligheter att kartlägga hjärnan på ett sätt som vi tidigare bara kunde drömma om.
Redan på 1970-talet förutspådde Francis Crick, en av upptäckarna av DNA:s struktur och Nobelpristagare 1962, att ljus borde vara det ideala sättet att slå på och av enskilda nervceller i en levande hjärna. Han kallade själv idén långsökt. Det skulle dröja decennier innan den blev verklighet, och vägen dit gick genom en encellig alg.
Från encelliga alger till hjärnans nätverk
Vägen till det vetenskapliga genombrottet tog sin början när Peter Hegemann undersökte hur den encelliga algen Chlamydomonas bär sig åt för att simma mot en ljuskälla. I början av 2000-talet identifierade han, i samarbete med Georg Nagel, algproteinet channelrhodopsin. De kunde snabbt konstatera att proteinet hade ovanliga egenskaper. Oavsett vilken typ av cell de applicerade det i blev den ljuskänslig. När proteinet träffas av blått ljus öppnas en kanal som låter laddade joner strömma in i cellen, vilket skapar en elektrisk impuls.
Ljusstyrd strömbrytare för nervceller
Karl Deisseroth, som utbildade sig till läkare och är verksam som psykiater, hade under utbildningen mött psykiatriska patienter vars lidande och ofta verkningslösa behandlingar fick honom att söka en djupare förståelse av hjärnan. Han tog tekniken vidare genom att föra in genen för channelrhodopsin i nervceller från råttor. Genom att belysa dessa celler med blått ljus kunde han utlösa nervsignaler, ett genombrott som offentliggjordes år 2005. Bara två år senare hade han lyckats få denna ljusstyrda strömbrytare att fungera i hjärnan på levande möss.
Teknik med stor klinisk potential
Metoden att styra nervsignaler med ljus fick namnet optogenetik och spreds snabbt inom vetenskapen. I dag använder forskare världen över tekniken för att kartlägga de nervkretsar som exakt styr allt från grundläggande beteenden till symtom vid olika psykiatriska diagnoser.
Ett av de mest kända experimenten kom 2012, när Deisseroth tillsammans med Nobelpristagaren Susumu Tonegawa återaktiverade just det nervcellsmönster som bildar ett specifikt minne hos möss. Djuren visade tecken på rädsla trots att ingen fara fanns, första gången någon kunnat visa exakt vilka nervceller ett minne kräver.
Förståelsen har också fördjupats för sjukdomar som depression, ångest, schizofreni, Alzheimers och Parkinsons. Bland nordiska bolag driver Saniona, med forskning inriktad på jonkanaler, ett eget program mot egentlig depression.
Parallellt har de första stegen tagits mot behandling. I pågående studier förs ett ljuskänsligt protein in i näthinnan hos personer som blivit blinda av retinitis pigmentosa. En patient som fått proteinet i gangliecellerna kunde med hjälp av ljussändande glasögon åter urskilja och greppa föremål på ett bord.
Prissumman på 12 Mkr delas lika mellan de tre forskarna.
