Vores hjerne har hverken urskive eller visere, men alligevel ved vi præcis, hvornår vi skal tale, gå eller slå.
Den usynlige timingmaskine i hovedet viser sig at være langt mere organiseret end tidligere antaget. Ny forskning afslører, hvordan to hjerneområder sammen “vejer” tiden og dermed styrer, hvornår en bevægelse starter, pauserer eller genoptages.
Hvordan et timeglas i dit hoved styrer dine bevægelser
Forskere fra Max Planck Florida Institute har hos mus kortlagt, hvordan den motoriske cortex og striatum samarbejder som en slags timeglas. Deres undersøgelse, publiceret i Nature, viser præcis, hvordan hjernen selv kan holde styr på tiden for at lade bevægelser finde sted på det helt rigtige øjeblik.
Vi har ingen specialiseret sans for tid, ligesom vi har for lys eller dufte. Alligevel kan du uden ur tælle et sekund ned, stille et spørgsmål på det rette tidspunkt eller træde på bremsen. Det kræver et internt system, der kan vurdere varighed og afstemme bevægelser herefter.
Forskerne demonstrerer, at den motoriske cortex udgør timeglassets “øverste kammer”, mens striatum fungerer som det “nederste kammer”, hvor tiden så at sige opsamles.
Netop disse to områder rammes ved sygdomme som Parkinsons og Huntingtons sygdom. Patienterne får da svært ved at starte, stoppe eller udføre flydende bevægelser. Det gør denne forskning direkte relevant for sundhedsvæsenet, også i Danmark, hvor antallet af mennesker med bevægelsesforstyrrelser stiger på grund af en aldrende befolkning.
Mus, belønning og et internt stopur
Et sekunds ventetid for en dråbe vand
For at studere det interne “urværk” trænede forskerne mus til at vente på en belønning. Dyrene fik vand, hvis de først slikkede til en vanddyse efter cirka ét sekund. Slikkede de for tidligt, gik belønningen tabt.
Mens musene ventede, målte videnskabsfolkene aktiviteten fra tusindvis af neuroner i både den motoriske cortex og striatum. I disse hjernesignaler ledte de efter mønstre, der kunne indeholde information om tid.
- Musen lærer: vent ≈ 1 sekund.
- Den motoriske cortex sender en strøm af signaler.
- Striatum “stabler” disse signaler op.
- Når en tærskel nås, starter slikke-bevægelsen.
Optogenetik: at fryse tiden med lys
For ikke blot at måle, men også at styre, anvendte forskerne optogenetik. Med korte lysglimt deaktiverede de midlertidigt neuroner i et af de to hjerneområder. Sådan kunne de teste, hvad der skete med den interne tidsmåling, når én del af timeglasset blev fjernet.
Ved målrettet at “dæmpe” dele af hjernen kunne forskerne pause eller endda spole det interne tidssignal tilbage.
Denne kombination – præcise målinger og målrettede indgreb – gør det muligt at skelne årsag fra virkning. Undersøgelsen går altså videre end simpel observation af hjerneaktivitet; den viser hvilken rolle hvert område spiller i timingen af adfærd.
Motorisk cortex og striatum: to halvdele af samme timeglas
Den motoriske cortex som øverste kammer
Den motoriske cortex, det hjerneområde der planlægger og styrer bevægelse, opfører sig i denne undersøgelse som den øverste halvdel af et timeglas. Den genererer en jævn strøm af nervesignaler rettet mod striatum.
Når forskerne kortvarigt deaktiverede denne cortex, stoppede strømmen øjeblikkeligt. “Sandkornene” – tidsinformationen – faldt ikke længere nedad. Konsekvensen: aktiviteten i striatum byggede sig ikke videre op, og musen begyndte at slikke senere end normalt.
Den midlertidige nedlukning af den motoriske cortex virkede, som om nogen kneb halsen sammen på et timeglas med to fingre: tidens forløb blev følelsesmæssigt standset.
Striatum som underkammer der summerer tiden
I striatum – et dybtliggende hjerneområde med en nøglerolle i at starte og stoppe bevægelse – mødes signalerne fra den motoriske cortex. Der hobes de op i løbet af det sekund, musen skal vente.
Så snart aktiviteten i striatum når en bestemt tærskel, sættes slikke-bevægelsen i gang. Det minder stærkt om sand, der skal stige til et vist niveau, før noget sker, for eksempel en mekanisme der aktiveres.
Da forskerne netop dæmpede striatum midlertidigt, skete der noget påfaldende: det interne ur syntes “nulstillet”. Timingen af slikningerne forskød sig endnu kraftigere, som om musen var begyndt at tælle ned forfra. I timeglas-metaforen: nogen vender hele timeglasset om, processen starter igen fra begyndelsen.
Hvad dette betyder for sygdomme som Parkinsons og Huntingtons
Parkinsons og Huntingtons sygdom forstyrrer begge samspillet mellem motorisk cortex og striatum. Patienter kan da ikke skifte ordentligt mellem hvile og aktivitet. Bevægelser starter langsomt, stopper for sent eller forløber rykvise.
| Sygdom | Berørt område | Typiske symptomer |
|---|---|---|
| Parkinsons | Striatum og tilknyttede kerner | Rysten, langsom bevægelse, besvær med at starte |
| Huntingtons sygdom | Striatum | Ufrivillige bevægelser, dårligere kontrol |
De nye fund giver et mere konkret billede af, hvad der går galt: “timeglas-mekanismen” bliver forstyrret. Signaler fra den motoriske cortex når ikke striatum på den rette måde, eller striatum summerer ikke signalerne korrekt.
Hvis læger og ingeniører bedre forstår, hvordan hjernen koder tid, kan fremtidige behandlinger ikke blot genoprette kraft eller muskelspænding, men også bevægelsens timing.
Tænk eksempelvis på målrettet dyb hjernestimulering eller intelligente neuroproteser, der kompenserer for det forstyrrede tidssignal. For genoptræning kan dette føre til træning, der udtrykkeligt fokuserer på rytme, ventetid og det at sætte bevægelse i gang på det rigtige tidspunkt, i stedet for kun muskelkraft.
Hvad betyder dette for raske mennesker i hverdagen?
Tidsfornemmelse sidder i din bevægelse, ikke kun i dit ur
Undersøgelsen understreger, at tidssans ikke er adskilt fra vores krop. Når du griber en bold, spiller i et orkester eller krydser en travl cykelsti, arbejder motorisk cortex og striatum sammen om at “veje” millisekunder.
Det forklarer også, hvorfor rytme-øvelser og musiktræning har effekt på motoriske færdigheder. Du træner da indirekte dit interne timeglas: hjernekredse, der koder tid varende, bliver finere afstemt.
Hvad du selv kan gøre for at holde dit “timeglas” skarpt
For dem, der vil finpudse deres motorik og tidsfornemmelse, peger neuroforskere længe har peget på aktiviteter, hvor timing er central. På baggrund af denne slags forskning kan følgende træningsformer godt forsvares:
- Musikudøvelse: tromme, klaver eller guitar styrker rytmesans og motorisk styring.
- Boldsport: volleyball, tennis eller fodbold tvinger dig til konstant at starte bevægelser på det rigtige øjeblik.
- Rytmetræning: løb eller cykling til metronom hjælper hjernen med at lære faste tidsintervaller.
- Dans: kombinerer komplekse bevægelser med stringent timing til musik.
Forskere anvender lignende opgaver også i laboratoriet til at opspore subtile problemer i tidsopfattelse, for eksempel ved begyndende neurologiske lidelser eller efter hjernerystelse.
Næste skridt i forskningen om vores interne urværk
Timeglas-modellen fokuserer på korte intervaller omkring ét sekund. Et åbent spørgsmål er, om hjernen bearbejder længere perioder – minutter eller timer – efter et tilsvarende princip, eller om der findes helt andre systemer til det.
Derudover vil forskere vide, hvor fleksibelt dette timeglas er. Tilpasser hjernen sig lige let, hvis du skal vente to sekunder i stedet for ét? Og ændrer timeglassets form sig med alderen eller ved langvarig stress og søvnmangel?
For kliniske anvendelser ligger der stadig et forløb på år, men princippet er blevet klarere: Vil man tackle timingproblemer ved bevægelse, skal man se på samarbejdet mellem motorisk cortex og striatum. Ikke kun på muskel eller led, men på det interne timeglas, der bestemmer, hvornår det første sandkorn falder, og hvornår det sidste korn sætter bevægelsen i gang.
