Kartläggning av hjärnans serotoninbanor ökar kunskapen om våra känslor
Rädsla och nyfikenhet är känslor som avgör hur äventyrliga eller försiktiga vi är som individer. Men hur styrs våra känslor av biologiska faktorer i hjärnans nervceller? Ny forskning visar att tydligt avgränsade serotoninbanor i hjärnan och hur de är kopplade till olika centra som amygdala och hypotalamus påverkar hur vi känner och agerar.
Vi har kommit fram till att det finns sex olika molekylära typer av serotonin-neuroner, inte bara en som vi trodde från början. Vi har också kunnat avgöra var i hjärnvävnaden de olika typerna finns och hur de är organiserade, säger Iskra Pollak Dorocic.
Neuronala kretsar i fokus
Iskra Pollak Dorocics leder en forskargrupp som på neurologisk nivå tittar på så kallade neurala kretsar i hjärnan med olika biologiska metoder. Genom dem kan man få veta mer om hur hjärnan fungerar. Både beteenden och känslomässiga tillstånd kan förstås bättre genom att studera hur neurala kretsar kommunicerar med varandra.
Forskningsfokus ligger framför allt på serotonin i hjärnan och hur det påverkar oss. Serotonin-neuroner finns inte slumpmässigt överallt i hjärnan. De är koncentrerade till några, i förhållande till sin betydelse, små områden djupt inne i hjärnan. Serotonin-neuronerna är sedan kopplade till resten av hjärnan genom ett komplext system av neurala kretsar.
– Framför allt vill vi lära oss mer om tre olika neurala kopplingar; de mellan serotonin och amygdala, den del av hjärnan som styr känslor, hypotalamus, den del som styr kroppstemperatur och sömn, och VTA (det ventrala tegmentala området), den del som styr belöningssystemet och tendensen att utveckla beroende, säger Iskra Pollak Dorocic.
Studerar både normala och sjukliga tillstånd
Iskra Pollak Dorocic och hennes forskningsteam fokuserar både på att förstå hur hjärnan fungerar i så kallat normalt tillstånd och när de normala funktionerna inte fungerar längre, till exempel vid stark ångest och depressioner. Ångest är egentligen en normal känsla, men som i vissa lägen kan bli så kallat patogen, det vill säga sjuklig. Om ångest ligger på en normal nivå eller inte avgörs av hur mycket den påverkar det dagliga livet. Hur serotonin-neuronerna skickar sina signaler i hjärnan påverkar vilken sida av strecket ångestnivåerna befinner sig.
– Vi vet inte exakt hela spektrat av funktioner serotoninet har i hjärnan, men vi vet att det är oerhört viktigt för många biologiska varelser. Utmaningen är att funktionellt definiera vad serotoninet gör och hur olika typer av serotoninkretsar påverkar funktioner och beteenden. En typ är kopplad till motivation, en annan till ångest. Tidigare studier har visat att frisättningen av serotonin i amygdala påverkar hur hjärnan reagerar på situationer som skapar rädsla och ångest. De som har låg serotoninaktivitet kopplat till amygdala reagerar starkare på ångestladdade situationer, säger Iskra Pollak Dorocic.
Hjärnan på cellnivå
Det finns många sätt att studera hjärnan: genetiskt, på molekylär och cellulär nivå, och en psykologisk och beteendemässig nivå. Hur stor inverkan serotoninet har, om det är huvudorsaken till problem som ångest eller inte är en fråga som debatteras inom forskningen. Genom experiment med den senaste tekniken, så kallade "in vivo", det vill säga beteendestudier kopplade till biologiska analyser av neural aktivitet hos levande varelser, bidrar forskargruppen med ny kunskap om hur serotonin fungerar.
– Hjärnan är ett område som vi fram till nu har saknat djupgående kunskaper om, framför allt när det gäller serotoninbaserade neuropsykiatriska störningar. Det har saknats kunskaper om vad som orsakar tillstånden. Det finns förstås många hypoteser, men de är ofta ganska gamla och saknar avgörande bevis, säger Iskra Pollak Dorocic.
Del av revolutionerande utveckling
Behandling med läkemedel, så kallade antidepressiva läkemedel, bygger till exempel på att påverka hela serotoninsystemet, inte specifikt de nervceller och kretslopp som påverkar depressionssymptomen. Det försöker Iskra Pollak Dorocics forskargrupp råda bot på.
– De senaste 10–15 åren har inneburit en revolution inom hjärnforskningen vad gäller metoder och tekniska landvinningar, säger Iskra Pollak Dorocic.
Banbrytande teknik ger nya möjligheter
I en tid då hjärnforskningen tagit enorma steg framåt befinner sig hennes labb på Scilifelab mitt i stormens öga. Till sin hjälp har de avancerad teknik, till exempel sekvenseringsmetoden spatial transcriptomics, som utvecklats vid just Scilifelab. Med spatial transcriptomics kan man kartlägga serotoninet i hjärnan, analysera genernas uttryck och koppla uttrycken till specifika platser i hjärnan.
Andra metoder kan användas in vivo, det vill säga i levande organismer. En sådan metod kallas kalciumavbildning:
– Vi kan märka neuroner i hjärnan med en biologisk märkning, vilket innebär att man kan mäta aktiviteten hos specifika serotonin-neuroner och kretsar under olika typer av beteenden. Vi kan även stänga av och på funktioner och anslutningar tillfälligt för att se hur det påverkar beteendet, säger Iskra Pollak Dorocic.
Vad hoppas ni uppnå med studierna?
- Att öka den grundläggande förståelsen för hjärnans funktioner, ett grundläggande forskningsuppdrag där vi studerar serotonin. Vi vill på ett mer djupgående sätt förstå vad serotonin gör i hjärnan i ett så kallat normaltillstånd. En stor volym litteratur under de senaste decennierna har resulterat i några motsägelsefulla upptäckter som visar komplexiteten i serotoninsystemet och visar att det finns mycket mer att upptäcka om serotonins funktion.
- Att med större kunskap om serotonin och hur tydliga de olika grupperna av serotonin-neuroner är, skapa bättre förutsättningar för att utveckla läkemedel som mer exakt kan behandla olika typer av psykiska funktionsnedsättningar. De behandlingar som finns tillgängliga nu är föråldrade och behandlar hela nervsystemet, inte den del du faktiskt vill behandla. Så på längre sikt vill vi öka möjligheten att hitta behandlingar som behandlar nervsystemet på ett mer riktat sätt, inte hela systemet som nu. Dagens läkemedel riktar sig till hela serotoninsystemet i hela hjärnan, och är inte särskilt specifika.
- Att få en bättre förståelse för hur antidepressiva läkemedel påverkar oss.
Forskningsprojekt: Kartläggning av serotoninsystemet
- Kartläggning av det rumsliga molekylära serotoninsystemet i hjärnan, genom att utföra RNA-sekvensering i hjärnvävnad.
- Dessutom studerar labbet effekten på molekylär nivå av så kallade antidepressiva läkemedel på de olika serotoninpopulationerna. SSRI är den vanligaste antidepressiva medicinen. Mellan 2010 och 2020 fördubblades mängden förskrivna SSRI-preparat och tas nu av cirka 10 % av befolkningen.
– Vi är framför allt intresserade av hur SSRI påverkar oss på molekylär nivå i serotonin-neuroner. En grundläggande effekt är att den blockerar det naturliga återupptaget (absorptionen) av serotonin i hjärnan så att det stannar längre i vävnaden. Vi vill veta hur SSRI påverkar genuttryck under kort- och långtidsbehandling. Vad händer efter en dos? Efter flera dagar? Eller veckor? Studien är inte avslutad ännu, men vi har bland annat hittat mönster av genuttryck som förklarar hur ångest- och depressionsnivåerna kan stiga i början av behandlingen och sedan gå ner efter flera veckors behandling.
Forskningsprojekt: Serotoninsystemet och vårt beteende
- Projekt nummer två är fokuserat på våra beteenden och görs på levande individer, så kallade "in vivo". Syftet med projektet är att registrera den neurala aktiviteten hos olika serotonin-neuroner under beteendeuppgifter.
- Neuroner i levande möss har märkts med genetiska markörer, som sedan kan avbildas i olika färger beroende på vilken grupp av serotonin som väljs. På så sätt kan forskarna se var olika typer av serotonin i vävnaden finns och mäta deras aktivitet under beteende. Genom att sedan studera hur mössen agerar kan forskargruppen sedan se hur de olika typerna av serotonin-neuroner och kretsar påverkar känslotillstånd som rädsla, nyfikenhet och ångest.
– Vi kan se i realtid hur aktiviteten hos serotonin-neuroner och frisättning av signalsubstansen påverkar beteendet. Under ett experiment får mössen tillgång till fyra korridorer med olika nivåer av säkerhet och utmaningar. Genom att studera vad de väljer kan vi se om det är nyfikenhet eller rädsla som styr deras val. Mössen i studien får utforska nya miljöer med varierande risknivåer. Vi mäter sedan serotoninnivåerna för olika kopplingar i hjärnan, för att avgöra i vilket område av hjärnan serotoninfrisättning spelar en roll för detta utforskande beteende. I en annan uppsättning experiment kan vi slå på och av utvalda serotonin-neuroner och se om den manipulationen har en effekt på musens beteende. Sedan tittar vi till exempel på hur mycket serotoninsignalering som sker i hjärnan när de var riskbenägna eller mer rädda. Det vi tydligt ser är att serotoninnivån är hög när mössen är mer äventyrliga.
Fakta och mera läsning
Fakta serotonin
- Serotoniner i hjärnan upptäcktes redan på 1950-talet, men har hittills ansetts vara ett enhetligt system. Platsen i hjärnan där serotonin-neuroner finns kallas Dorsal raphe nucleus (DR). Den ligger i mitten av den bakre delen av hjärnan.
- Serotonin är både en signalsubstans (neurotransmittor) - en molekyl som förmedlar en nervsignal på kemisk väg från en nervcell till en annan i nervsystemet, och en kemisk budbärare (neuromodulator) - ett ämne som avges av en nerv i hjärnan och på nära håll eller på avstånd påverkar nätverk i hjärnan med en dämpande eller aktiverande effekt.
- Det finns många olika signalsubstanser i hjärnan, men de flesta är inblandade i snabb signalering genom små elektriska strömmar och har antingen pådrivande eller hämmande effekter på känslorna. Serotonin är ett neurokemiskt ämne som verkar långsammare, och kan ha både en upphetsande, hämmande eller reglerande effekt. Neuroner i dorsal raphe-kärnan producerar serotonin, och dessa nervceller skickar långa projektioner genom hjärnan där serotonin sedan frisätts.
- Serotonin neuroner är unika genom sina mycket komplexa och omfattande kopplingar till hela hjärnan, och genom sin centrala funktion för många olika hjärnfunktioner.
Hitta mer information
Läs mer om Iskra Pollak Dorocics forskning (Scilifelab)
Läs mer om Iskra Pollak Dorocics forskning (Stockholms universitet)
Läs mer om forskningen om nuoronala kretsar vid Stockholms universitet
Senast uppdaterad: 13 februari 2024
Sidansvarig: Kommunikationsavdelningen