Det kan virke som om hjernen vår er fysisk fjern fra tarmen vår, men de siste årene har forskning gitt sterke bevis som tyder på at de enorme samfunnene av mikrober konsentrert i tarmen gir en forbindelse mellom hjernen og tarmen. Tarmen mikrobiome påvirker kognitiv funksjon og følelser, påvirker humørproblemer og psykiske helseproblemer, og til og med hvordan informasjon behandles. Men det var vanskelig å forstå hvordan mikrofloraen gjør dette.
Inntil nylig viste studier av forbindelsen mellom tarmen og hjernen bare hovedsakelig en sammenheng mellom tilstanden til tarmens mikroflora og prosessene som foregår i hjernen. Men nye funn er med på å skape et mer detaljert bilde basert på forskning som demonstrerer mikrobiomets involvering i stressresponser. Ved å fokusere på responser som følelser av frykt, og spesielt på hvordan frykt forsvinner over tid, har forskerne nå undersøkt hvordan atferden til mus med redusert mikroflora skiller seg ut. De identifiserte forskjeller i nevrale nettverk, hjerneaktivitet og genuttrykk, og fant også tilstedeværelsen av et kort tidsvindu etter fødselen til et individ, når restaureringen av mikroflora, det vil si bakteriekolonisering,fremdeles i stand til å forhindre utbruddet av atferdsforstyrrelser hos voksne. De identifiserte til og med fire spesifikke stoffer som kan bidra til disse endringene. Det kan være for tidlig å forutsi hvilke behandlingsformer som kan tilbys når vi først har forstått denne sammenhengen mellom mikroflora i tarmen og hjernen, men disse spesifikke forskjellene støtter hypotesen om et dypt forhold mellom de to systemene.
Å bestemme disse mekanismene for interaksjon med hjernen er en stor utfordring i mikrobiomforskning, ifølge Christopher Lowry, assisterende professor ved Institutt for integrativ fysiologi ved University of Colorado i Boulder. "Forskere har noen interessante ideer," sa han.
Coco Chu, hovedforfatter av den nye studien og forskeren ved Weill Cornell Medicine College, ble interessert i konseptet at mikroorganismer som lever i kroppene våre kan påvirke følelsene våre og handlingene våre. For flere år siden bestemte hun seg for å studere disse interaksjonene i detalj i samarbeid med psykiatere, mikrobiologer, immunologer og forskere fra andre felt.
Forskerne gjennomførte en klassisk øvelse for å utvikle atferdsevner med mus, noen av dem fikk antibiotika for å dramatisk redusere mengden mikroflora i kroppene, og noen av dem ble hevet isolert slik at de ikke hadde noen mikroflora i det hele tatt. Alle musene lærte like godt å frykte lyd, etterfulgt av elektrisk støt. Da forskere sluttet å bruke elektriske støt på mus, lærte vanlige mus gradvis å ikke være redde for lyd. Men i "sterile" mus, der mengden mikroflora ble redusert eller det ikke var noen mikroflora i det hele tatt, forsvant ikke frykten - ved lyden av et signal falt de som regel oftere i en stupor enn vanlige mus.
Ser man inne i den mediale prefrontale cortex, regionen i hjernebarken som behandler fryktrespons, merket forskerne tydelige forskjeller i den reduserte mikroflora musen: noe genaktivitet var lavere. Gliaceller av samme art ble ikke utviklet. De såkalte dendritiske ryggradene - fremspring på nevroner assosiert med prosessen med informasjonsprosessering og læring, dukket opp sjeldnere og forsvant oftere. Et lavere nivå av neuronal aktivitet ble observert i celler av en art. Inntrykket er at mus uten sunne mikrobiomer ikke kan glemme frykt og lære å ikke være redde. Og forskerne kunne se det på cellenivå.
Forskerne forsøkte også å finne ut hvordan tilstanden til tarmens mikroflora forårsaket disse endringene. Et mulig alternativ var at mikrober sender signaler til hjernen gjennom den lange vagusnerven, som overfører sensoriske signaler fra fordøyelseskanalen til hjernestammen. Men etter å ha kuttet vagusnerven endret ikke musenes oppførsel seg. I tillegg så det ut til at tarmfloraen kunne utløse immunresponser som påvirker hjernen. Men antall og prosentandel av immunceller i alle mus var det samme.
Forskerne fant imidlertid fire typer stoffer som skilles ut av tarmmikroorganismer og påvirker nevrale forbindelser, som var mye mindre i serum, cerebrospinalvæske og avføring med mus med utilstrekkelig mikroflora. Noen av disse stoffene har allerede vært knyttet til nevrologiske lidelser hos mennesker. Ifølge mikrobiolog David Artis, direktør for Institute for Inflammatory Bowel Disease Research ved Weill Cornell Medicine College og hovedforfatter av studien, har forskere som jobber under hans ledelse antydet at mikroflora kan frigjøre visse stoffer i store mengder, og noen molekyler trenger inn i hjerne.
Salgsfremmende video:
Interessen vokser i mange laboratorier for å identifisere spesifikke stoffer som skilles ut av bakterier som er involvert i overføring av signaler fra nervesystemet, sier Melanie Gareau, adjunkt i avdelingen for anatomi, fysiologi og cytologi ved University of California, Davis. Det vil sannsynligvis være mange metabolitter involvert i slike prosesser og metabolske veier er involvert.
Emeran Mayer, professor i medisin ved University of California, Los Angeles og direktør for Oppenheimer Center for the Neurobiology of Stress and Resilience to Stress, konstaterer at forskningsresultater om andre lidelser, som depresjon, også indikerer en kobling til visse stoffer frigitt av mikrober. Men det er fremdeles ingen enighet om hvem av dem som bidrar til forekomst av noen overtredelse. Og selv om mange mennesker med hjerneforstyrrelser tydelig har endret tarmmikroflora, er det ofte uklart om endringen er en årsak eller en konsekvens av sykdommen, sier han. Endringer i mikrofloraens tilstand kan føre til nevrologiske problemer, men sykdommer kan også forårsake endringer i mikrobiomets tilstand.
På dette området er det uenighet ikke bare om konsekvensene av mikroflora-forstyrrelser, men også om sunn mikroflora. Vi har lenge fokusert på det faktum at vi kunne identifisere bestemte typer bakterier som enten utgjør risikoen for stressrelaterte lidelser og sykdommer, eller gir motstand mot dem, og det trenger ikke være en spesiell mikrobe”Sier Lowry. Selv hos friske mennesker er mikrofloraen veldig forskjellig. Spesifikke mikrober betyr kanskje ikke noe om mikrofloraen er tilstrekkelig mangfoldig - akkurat som med mange forskjellige typer sunne skogsområder, kan det hende at det ikke er behov for en bestemt type trær.
Imidlertid er studien av effekten av mikroflora på nervesystemet et nytt vitenskapelig område, og det er selv usikkerhet om hva denne effekten er. Konklusjonene trukket fra resultatene fra tidligere eksperimenter om hvorvidt endringer i mikroflora bidrar til at dyr glemmer den innlærte ferdigheten og slutter å føle frykt, var enten grunnløse eller motstridende. Når det gjelder konklusjonene som Coco Chu og hennes kolleger oppnår, er de av særlig betydning, siden forskere kan gi bevis for at det foreligger en spesifikk mekanisme som forårsaker atferden de observerte. Slike dyrestudier er spesielt viktige for å styrke den klare forbindelsen mellom nervesystemet og tarmmikrofloraen, selv om de ikke er rettet mot å finne måter å behandle mennesker på, sier Kirsten Tillisch. Professor i medisin ved David Geffen School of Medicine ved University of California Los Angeles. "Måten vi behandler" følelser, fysiske sensasjoner og kunnskap i den menneskelige hjernen er så forskjellig fra hvordan det skjer hos dyr at det bare er veldig vanskelig å anvende,”sier hun.
I teorien kan tilstedeværelsen av visse stoffer frigitt av mikroflora være med på å bestemme hvem som er mest utsatt for forstyrrelser som posttraumatisk stresslidelse (PTSD). Eksperimenter som disse kan til og med identifisere veier for interaksjoner mellom hjernen og mikrobiomet som kan påvirkes av behandlingen. "Disse eksperimentene med mus gir oss alltid et stort håp om at vi nærmer oss et stadium av intervensjonell forskning," sier Emeran Meyer, og gjennom bruk av presise metoder gir disse studiene ofte fantastiske resultater. Men prosessene som foregår i musenes hjerne, tilsvarer ikke helt aktiviteten til den menneskelige hjernen. I tillegg hos mennesker og mus er prosessene for interaksjon mellom hjerne og tarmmikroflora forskjellig, og dette avviket forverres av det faktum atat tarmens mikroflora er forskjellig på grunn av forskjellen i mat som konsumeres.
Hos mennesker kan intervensjoner for å endre tarmmikrofloraen være mest effektive i spedbarnsalder og tidlig barndom, når tarmmikrofloraen fortsatt utvikler seg og den første programmeringen foregår i hjernen, sier Mayer. I sin siste studie så forskerne et bestemt tidsvindu i spedbarnet, da mus trengte vanlig mikroflora for å utvikle evnen til å undertrykke frykt i voksen alder. Musene, som de første tre ukene var fullstendig isolert fra effekten av mikrober, ble deretter plassert under forhold der de var sammen med mus som hadde den vanlige tarmmikrofloraen. De "sterile" musene plukket opp mikrober fra andre mus, og som et resultat utviklet de en rik mikroflora. Men da de vokste opp, og med dem ble de samme eksperimentene utført med "avvenning fra frykt",resultatene var fremdeles lave. I en alder av bare noen få uker var de tidlig for tidlig til å tilegne seg den normale ferdigheten til å lære å undertrykke frykten.
Men da mikrofloraen ble gjenopprettet i nyfødte mus, som fikk et rikt mikrobiom etter å ha plassert dem hos fosterforeldre, vokste musene opp og oppførte seg normalt. Det viste seg at i de første ukene etter fødselen er mikroflora veldig viktig - og denne observasjonen samsvarer fullt ut med det mer universelle konseptet som nevrale kretsløp som styrer evnen til å oppleve frykt er følsomme i en tidlig alder, sier Tillisch.
Evnen til å "avvenne fra frykt", som forskerne studerte, er evolusjonært en grunnleggende ferdighet, sa Artis. Å vite hva som utløser frykt og evnen til å tilpasse seg når den ikke lenger er en trussel, kan være kritisk for overlevelse. Unnlatelse av å undertrykke frykt sees også hos personer med PTSD og er knyttet til andre hjerneforstyrrelser, så utdyping av vitenskapelig kunnskap om mekanismene som påvirker dette nevrale nettverket kan hjelpe oss å forstå grunnleggende menneskelig atferd og sette scenen for behandlingsalternativer.
I evolusjonsskala har menneskets tarmflora endret seg med veksten av den urbane befolkningen, og hjerneskader blir mer fremtredende. De mange mikrober som lever i hver av oss har utviklet seg med arten vår, og det er viktig at vi forstår hvordan de påvirker fysisk og mental helse, sier Lowry. Gjennom mikrofloraen kan miljøet også påvirke nervesystemet vårt, noe som kompliserer prosessen med å studere helse og sykdommer i hjernen ytterligere.
Elena Renken
