Mange viktige prosesser foregår i hjernen mens du sover. Søvnen gjør for eksempel godt for immunforsvaret, og kroppen produserer ulike hormoner som er nødvendige for et sunt liv. Men ingen av disse prosessene forklarer egentlig hvorfor alle pattedyr trenger søvn.

Derfor vakte det stor oppsikt da et amerikansk forskerteam under ledelse av professor Maiken Nedergaard ved University of Rochester i USA nylig lanserte en ny teori: Hjernen utnytter søvnperioden til å vaske vekk avfallsstoffer som er blitt samlet opp under dagens arbeid.

Den nye teorien bygger på resultater fra professor Erlend Nagelhus og hans forskergruppe i Oslo.

De tause gliacellene

– Årsaken til at «vaskemaskin-mekanismen» ikke er blitt oppdaget tidligere, er kanskje at den foregår i de forholdsvis lite studerte gliacellene. Det meste av hjerneforskningen har hittil fokusert på nevronene, forteller professor Nagelhus, som presenterte sin forskning på NevroNor-konferansen på Gardermoen i november.

For 75 år siden utviklet forskere teknikker for å studere nervecellenes elektriske impulser. Gliacellene bruker derimot ikke slike elektriske signaler når de snakker med hverandre.

De ble derfor oppfattet som tause «vaktmestere» som bare hadde til oppgave å støtte nevronene – hjernens primadonnaer – i deres viktige arbeid.

• Les også: Kaster lys over gliacellenes hemmeligheter

Hvite flekker på hjernekartet

Faktisk blir gliacellene fortsatt neglisjert. I det store BRAIN-initiativet som USAs president Barack Obama lanserte i 2013, er ikke gliacellene nevnt i det hele tatt. Målsetningen med dette prosjektet er å kartlegge funksjonen til hvert eneste nevron i hjernen.

Til tross for at gliacellene utgjør 30-40 prosent av hjernevolumet og er minst like tallrike som nevronene, ble de helt glemt.

– Dette utløste sterk kritikk mot BRAIN-initiativet, en kritikk jeg er enig i. Når man skal kartlegge et terreng, bør man inkludere landskapet rett foran seg, spesielt når det utgjør hvite flekker på kartet, sier Nagelhus.

Han har interessert seg for gliacellene helt siden han i studietiden begynte å forske på dem.

Hvordan hjernen fjerner vann og avfallstoffer

Hjernen mangler lymfeårer, som i andre organer gjør jobben med å fjerne overflødig vevsvæske og avfallsstoffer. Det har derfor vært et mysterium hvordan hjernen klarer å kvitte seg med dette. Et svar kom i 2011, da Nagelhus’ forskergruppe viste at vannkanaler i gliacellene er avgjørende for å fjerne overskuddsvann fra hjernen.

Året etter oppdaget Nagelhus og Nedergaard i fellesskap at vannkanalene også skyller bort avfallsstoffer og dermed fungerer som hjernens rengjøringsmaskiner.

Gliacellene ivaretar altså den jobben som lymfeårene gjør i andre organer.

Gliacellene driver nemlig en væskestrøm gjennom en hylse de danner omkring blodårene i hjernen. Væskestrømmen frakter bort overskuddsvann og avfallsstoffer som er generert av nevronenes arbeid. Gliacellene sørger blant annet for å vaske ut det toksiske proteinet beta-amyloid, som er mest kjent fordi det hoper seg opp i hjernen hos pasienter med Alzheimers sykdom.

– Vår forskning har altså vist at vannkanalene i gliacellene er avgjørende for at det ikke hoper seg opp vann og avfallsstoffer i hjernen, forklarer Nagelhus.

Vasker mens du sover

Den oppfølgende teorien om at gliacellenes vaskemaskin jobber mest mens du sover, ble lansert av professor Maiken Nedergaard i det vitenskapelige tidsskriftet Science i oktober 2013.

Funnet ble omtalt blant annet av BBC News, som beskrev hvordan det settes i gang en strøm av væske med oppløste avfallsstoffer i det du sovner. Vaskemaskinen stanser igjen når du våkner – og hvis du ikke får sovet nok, blir hjernen din antakelig ikke vasket ordentlig.

– Resultatene fra Nedergaards gruppe er interessante, men må som andre funn bekreftes av andre forskere før vi kan ta dem helt innover oss. Men søvn- og vaskemaskin-teorien er veldig spennende, kommenterer Nagelhus.

En viktig oppdagelse som ligger til grunn for den nye teorien ble gjort allerede i 1997. Da oppdaget Nagelhus, som doktorgradsstipendiat i gruppen til Ole Petter Ottersen, UiOs nåværende rektor, at de spesielle vannkanalene eller akvaporinene er konsentrert i gliacellene rundt hjernens blodårer. Vannkanalene dekker hele 30-40 prosent av gliacellenes overflate rundt blodårene, hvilket tyder på at de har en viktig funksjon.

• Les også: Har glemt å forske på halve hjernen

Plumbo for hjernen

I forskningen er det oftest slik at et resultat gir opphav til nye spørsmål. Nå forsøker Nagelhus og forskergruppen hans å besvare noen av de spørsmålene som oppstod etter at hjernens nattlige vaskemaskin ble oppdaget. Det er kontroversielt hvorvidt vannet med avfallsstoffer dreneres langs arteriene eller venene i hjernen.

Forskerne vet heller ikke hva som regulerer denne væskestrømmen og får den til å starte og stoppe.

– Hvis vi finner ut av dette, kan det være første skritt på veien mot å utvikle medisiner som blir en slags «Plumbo for hjernen» – ved å åpne avløp som ikke fungerer ordentlig. Slike medisiner kan kanskje motvirke Alzheimers demens og andre hjerneødeleggende sykdommer som henger sammen med opphoping av skadelige proteiner, antyder Nagelhus.