Det kan se ud som om vores hjerner er fysisk fjernt fra vores tarm, men i de senere år har forskning givet stærk dokumentation for, at de enorme samfund af mikrober, der er koncentreret i vores fordøjelseskanal, giver forbindelsen mellem hjernen og tarmen. Tarmen mikrobiome påvirker kognitiv funktion og følelser, påvirker humør og mentale helbredsproblemer og endda hvordan information behandles. Men det var svært at forstå, hvordan mikrofloraen gør dette.
Indtil for nylig demonstrerede undersøgelser af forbindelsen mellem tarmen og hjernen kun hovedsageligt en sammenhæng mellem tarmens mikroflora og de processer, der finder sted i hjernen. Men nye opdagelser er med til at skabe et mere detaljeret billede baseret på forskning, der demonstrerer mikrobiomets involvering i stressresponser. Ved at fokusere på responser som følelser af frygt, og især på, hvordan frygt forsvinder over tid, undersøger forskerne nu, hvordan musens opførsel med reduceret mikroflora adskiller sig. De identificerede forskelle i neurale netværk, hjerneaktivitet og genekspression, og fandt også tilstedeværelsen af et kort tidsvindue efter fødslen af et individ, når restaureringen af mikroflora, dvs. bakteriekolonisering,stadig i stand til at forhindre indtræden af adfærdsforstyrrelser hos voksne. De identificerede endda fire specifikke stoffer, der kan bidrage til disse ændringer. Det kan være for tidligt at forudsige, hvilke behandlinger der kan tilbydes, når vi forstår denne forbindelse mellem tarmmikroflora og hjernen, men disse specifikke forskelle understøtter hypotesen om et dybt forhold mellem de to systemer.
At bestemme disse mekanismer for interaktion med hjernen er en stor udfordring inden for mikrobiomforskning, ifølge Christopher Lowry, en lektor i Institut for Integrativ Fysiologi ved University of Colorado i Boulder.”Forskere har nogle interessante ideer,” sagde han.
Coco Chu, hovedforfatter af den nye undersøgelse og forsker ved Weill Cornell Medicine College, blev interesseret i begrebet, at mikroorganismer, der lever i vores kroppe, kan påvirke både vores følelser og vores handlinger. For flere år siden besluttede hun at studere disse interaktioner i detaljer i samarbejde med psykiatere, mikrobiologer, immunologer og forskere fra andre områder.
Forskerne udførte en klassisk øvelse for at udvikle adfærdsevner med mus, hvoraf nogle fik antibiotika for dramatisk at reducere mængden af mikroflora i deres kroppe, og nogle af dem blev opdrættet isoleret, så de overhovedet ikke havde nogen mikroflora. Alle mus lærte lige så godt at frygte lyd, efterfulgt af elektrisk stød. Da forskere stoppede med at bruge elektriske stød på mus, lærte almindelige mus gradvist ikke at være bange for lyd. Men i "sterile" mus, hvor mængden af mikroflora blev reduceret eller der ikke var nogen mikroflora overhovedet, forsvandt frygt ikke - ved lyden af et signal faldt de som regel oftere i en bedøvelse end almindelige mus.
Ser man inde i den mediale præfrontale cortex, regionen i hjernebarken, der behandler frygtrespons, bemærkede forskerne tydelige forskelle i den reducerede mikroflora mus: en vis genaktivitet var lavere. Gliaceller af samme art blev ikke udviklet. De såkaldte dendritiske rygsøjler - fremspring på neuroner forbundet med processen med informationsbehandling og læring, optrådte sjældnere og forsvandt oftere. Et lavere niveau af neuronal aktivitet blev observeret i celler af en art. Indtrykket er, at mus uden sunde mikrobiomer ikke kan glemme frygt og lære at ikke være bange. Og forskerne kunne se det på celleniveau.
Forskerne forsøgte også at finde ud af, hvordan tilstanden af tarmens mikroflora forårsagede disse ændringer. En mulig mulighed var for mikrober at sende signaler til hjernen gennem den lange vagusnerv, som transmitterer sensoriske signaler fra fordøjelseskanalen til hjernestammen. Men efter at have skåret vagusnerven ændrede musenes adfærd sig ikke. Derudover syntes det muligt, at tarmfloraen kunne udløse immunrespons, der påvirker hjernen. Men antallet og procentdelen af immunceller i alle mus var det samme.
Forskerne fandt imidlertid fire typer stoffer, der udskilles af tarmmikroorganismer og påvirker neurale forbindelser, som var langt mindre i serum, cerebrospinalvæske og afføring af mus med utilstrækkelig mikroflora. Nogle af disse stoffer er allerede knyttet til neurologiske lidelser hos mennesker. Ifølge mikrobiolog David Artis, direktør for Institute for Inflammatory Bowel Disease Research ved Weill Cornell Medicine College og hovedforfatter af undersøgelsen, har forskere, der arbejder under hans ledelse, antydet, at mikroflora kan frigive visse stoffer i store mængder, og nogle molekyler trænger ind i hjerne.
Salgsfremmende video:
Interessen vokser i mange laboratorier for at identificere specifikke stoffer, der udskilles af bakterier, der er involveret i transmission af signaler fra nervesystemet, siger Melanie Gareau, adjunkt i afdelingen for anatomi, fysiologi og cytologi ved University of California, Davis. Talrige metabolitter vil sandsynligvis være involveret i sådanne processer, og metaboliske veje er involveret.
Emeran Mayer, professor i medicin ved University of California Los Angeles og direktør for Oppenheimer Center for Neurobiology of Stress and Resilience to Stress, bemærker, at forskningsresultater om andre lidelser, såsom depression, også peger på et link til visse stoffer, der udskilles af mikrober. Men der er stadig ingen konsensus om, hvem af dem, der bidrager til forekomsten af en overtrædelse. Og selvom mange mennesker med hjerneforstyrrelser klart har ændret tarmenes mikroflora, er det ofte uklart, om ændringen er en årsag eller en konsekvens af sygdommen, siger han. Ændringer i mikrofloraens tilstand kan føre til neurologiske problemer, men sygdomme kan også forårsage ændringer i mikrobiomets tilstand.
På dette område er der uoverensstemmelser, ikke kun om konsekvenserne af mikroflora-forstyrrelser, men også om sund mikroflora.”Vi har længe fokuseret på det faktum, at vi kunne identificere bestemte typer bakterier, der enten udgør risikoen for stressrelaterede lidelser og sygdomme eller giver resistens mod dem, og det behøver muligvis ikke at være en særlig mikrobe”Siger Lowry. Selv hos sunde mennesker er mikrofloraen meget anderledes. Specifikke mikrober betyder muligvis ikke noget, hvis mikrofloraen er tilstrækkelig mangfoldig - ligesom med mange forskellige typer af sunde skovområder, er det muligvis ikke nødvendigt med en bestemt type træ.
Undersøgelsen af virkningen af mikroflora på nervesystemet er imidlertid et nyt videnskabsområde, og der er endda usikkerhed om, hvad denne effekt er. Konklusionerne, der blev trukket fra resultaterne af tidligere eksperimenter om, hvorvidt ændringer i mikroflora bidrager til, at dyr glemmer den lærte dygtighed og holder op med at føle frygt, var enten ubegrundede eller modstridende. Hvad angår konklusionerne, som Coco Chu og hendes kolleger nåede frem, er de af særlig betydning, da forskere kan give bevis for eksistensen af en specifik mekanisme, der forårsager den opførsel, de observerede. Sådanne dyreforsøg er især vigtige for at styrke den klare forbindelse mellem nervesystemet og mikroflora i tarmen, selvom de ikke har til formål at finde måder at behandle mennesker på, siger Kirsten Tillisch. Professor i medicin ved David Geffen School of Medicine på University of California Los Angeles.”Den måde, hvorpå processen med at” behandle”følelser, fysiske fornemmelser og viden forekommer i den menneskelige hjerne er så forskellig fra, hvordan det sker hos dyr, at det ganske enkelt er meget vanskeligt at anvende,” siger hun.
I teorien kan tilstedeværelsen af visse stoffer frigivet af mikroflora hjælpe med at bestemme, hvem der er mest sårbar over for forstyrrelser, såsom posttraumatisk stresslidelse (PTSD). Eksperimenter som disse kunne endda identificere veje for interaktioner mellem hjernen og mikrobiomet, der kan påvirkes af behandlingen.”Disse eksperimenter med mus giver os altid et stort håb om, at vi nærmer os et stadium af interventionsforskning,” siger Emeran Meyer, og gennem anvendelse af nøjagtige metoder giver disse undersøgelser ofte fantastiske resultater. Men processerne, der finder sted i musenes hjerne, svarer ikke helt til aktiviteten af den menneskelige hjerne. Derudover adskiller processerne i interaktion mellem hjerne og tarmmikroflora hos mennesker og mus forskellige, og denne uoverensstemmelse forværres af det faktum, atat deres tarmmikroflora er forskellig på grund af forskellen i forbrugt mad.
Hos mennesker kan interventioner til ændring af tarmmikrofloraen være mest effektiv i spædbarnet og i den tidlige barndom, når tarmmikrofloraen stadig udvikler sig, og den indledende programmering finder sted i hjernen, siger Mayer. I deres seneste undersøgelse så forskerne et bestemt tidsvindue i spædbarnet, hvor mus havde brug for fælles mikroflora for at udvikle evnen til at undertrykke frygt i voksen alder. Musene, som i de første tre uger var fuldstændigt isoleret fra virkningerne af mikrober, blev derefter anbragt under betingelser, hvor de var sammen med mus, der havde den sædvanlige tarmmikroflora. De "sterile" mus hentede mikrober fra andre mus, og som et resultat udviklede de en rig mikroflora. Men da de voksede op, og med dem blev de samme eksperimenter udført med "fravenning fra frygt",deres resultater var stadig lave. I en alder af kun få uger var de alle tidligt for gamle til at tilegne sig den normale evne til at lære at undertrykke deres frygt.
Men da mikroflora blev restaureret i nyfødte mus, der modtog et rigt mikrobiom efter at have været placeret hos plejeforældre, voksede musene op og opførte sig normalt. Det viste sig, at i de første par uger efter fødslen er mikroflora meget vigtig - og denne observation svarer fuldt ud til det mere universelle koncept, at de neurale kredsløb, der styrer evnen til at opleve frygt, er følsomme i en tidlig alder, siger Tillisch.
Evnen til at "fravenne fra frygt", som forskerne studerede, er evolutionært en grundlæggende færdighed, sagde Artis. At vide, hvad der udløser frygt og evnen til at tilpasse sig, når det ikke længere er en trussel, kan være kritisk for overlevelse. Manglende undertrykkelse af frygt ses også hos mennesker med PTSD og er knyttet til andre hjerneforstyrrelser, så udvidelse af videnskabelig viden om de mekanismer, der påvirker dette neurale netværk, kan hjælpe med at forstå grundlæggende menneskelig adfærd og sætte scenen for behandlingsmuligheder.
I evolutionær skala er menneskets tarflora ændret med væksten i den bymæssige befolkning, og hjerneskader bliver mere fremtrædende. De mange mikrober, der lever i hver af os, har udviklet sig med vores arter, og det er meget vigtigt, at vi forstår, hvordan de påvirker fysisk og mental sundhed, siger Lowry. Gennem mikrofloraen kan miljøet også påvirke vores nervesystem, hvilket yderligere komplicerer processen med at studere sundheden og sygdomme i hjernen.
Elena Renken