Snedigt forsøg giver støtte til kontroversiel teori

Gennem en årrække har biofysikeren Thomas Heimburg fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet søgt at gøre op med teo­rien om, at nervesignaler er elektriske strømme. Han mener, at de er mekaniske bølger.

Et af hans hovedargumenter er, at det på et fysisk konkret grundlag kan forklare en lang række fænomener, hvor den herskende teori, udviklet af Alan L. Hodgkin og Andrew F. Huxley i 1952 og belønnet med en nobelpris i medicin i 1963, er på afveje.

Nu har han sammen med sin forskningsgruppe i biofysik udført et nyt forsøg til støtte for sin teori.

En af de forskere, som i modsætning til de fleste andre inden for traditionel neurovidenskab ikke er totalt afvisende over for, at Thomas Heimburg kan have fat i den lange ende, er Rune Berg. Han leder en forskningsgruppe på Institut for Neurovidenskab og Farmakologi på Københavns Universitet og kalder det nye forsøg ‘meget snedigt’.

Rune Berg er selv uddannet inden for biofysik, men han er dog ikke fuldstændig overbevist. For fortolkningen af målinger er ikke entydig, mener han.

Ifølge Hodgkin-Huxley-modellen foregår nervekommunikation i form af en elektrisk strøm langs nerven, som giver anledning til såkaldt ak­tionspotentiale. Et afgørende problem ved denne model er, at den elektriske modstand i nervebanen burde give anledning til et varmetab, som aldrig er blevet observeret.

Thomas Heimburg, der er uddannet i Tyskland, begyndte allerede i midten af 1990’erne at interessere sig for alternativer til Hodgkin-Huxley-modellen. Der kom ekstra skub i denne forskning, efter at han i 2003 blev ansat ved Niels Bohr Institutet. I 2005 lancerede han en ny teori sammen med en af instituttets mangeårige professorer, Andrew Jackson.

De beskrev, at en mekanisk puls kan bevæge sig langs nervebanen i form af tæthedsfluktuationer. Dette giver via den piezoelektriske effekt anledning til et elektrisk aktions­potentiale, men da der ingen elektrisk strøm løber langs nerven, er der ikke noget varmetab.

Pulsen udtværes ikke, men har en stabil form. Sådanne stabile pulser kaldes solitoner, og derfor kaldes teo­rien også for solitonmodellen.

En form for lydbølger

Da lydbølger også er en form for tæthedsfluktuationer, beskrives solitonmodellen ofte, bl.a. af Heimburg selv i populære fremstillinger, ved, at nerver kommunikerer med lydbølger. Men denne beskrivelse skal ikke tages alt for bogstaveligt.

Det forhold, at solitonmodellen kan forklare, at der ikke sker en varmeudvikling, taler til dens fordel, mener Rune Berg.

»Det kan selvfølgelig være en mulighed, at varmetabet er så lille, at det er svært at måle. Evolutionsmæssigt kan jeg dog godt lide tanken, at systemet ikke taber energi,« siger han.

Han tilføjer, at den beskrivelse af virkemåden af bedøvelsesmidler, som Thomas Heimburg lancerede i 2007 med udgangspunktet i soliton­modellen, også taler til teoriens fordel. Inden for lægevidenskaben findes der nemlig ikke nogen god forklaring på, hvorfor nogle stoffer giver bedøvelse. Anvendelse af narkose er i højere grad baseret på erfaring end videnskab.

Heimburgs teori forklarer effekten med, at bedøvelsesstoffer ændrer en faseovergang mellem to tilstande for fedtstoffer (lipider) i cellemembranen, og det kan forhindre den mekaniske soliton i at bevæge sig langs nervebanen.

»Til gengæld kan denne model ikke forklare, hvorfor giftstoffer virker. Giftstoffer blokerer for natrium­kanalen og dermed en strøm på tværs af nervebanen. Dette forhold er så godt beskrevet, at det er grundlag for eksistensen af mange firmaer,« siger Rune Berg.

Netop det forhold, at der løber en strøm på tværs af membranen, som kan være indadgående et sted langs nervebanen og udad et andet sted, betyder også ifølge Rune Berg, at Heimburgs model ikke kan være hele sandheden:

»For så må der også løbe en strøm på langs.«

Rune Berg kan pege på flere yderligere forhold, som Heimburgs model ikke kan forklare, herunder det synaptiske potentiale, som er det indkommende signal til en neuron.

»Eksistensen heraf er velbeskrevet og dokumenteret, og det er påvist, hvordan det afhænger af forskellige proteiner,« siger han.

Nerver på kollisionskurs

Heimburgs snedige forsøg drejer sig om kolliderende nerveimpulser. Vil to impulser, der støder sammen, udslukke hinanden, eller vil de passere uhindret forbi hinanden?

I 1949 udførte biofysikeren Ichiji Tasaki en række forsøg med tudse-nerver, der viste, at nervepulser fra modsatte ender udslukker hinanden, når de mødes. Eksperimentet kunne forklares med Hodgkin-Huxley-modellen og er aldrig gentaget.

Thomas Heimburgs gruppe har nu gjort det med nerver fra regn­orme og hummere og fundet, at nerveimpulserne passerer uhindret forbi hinanden, som solitonmodellen tilsiger, men i uoverensstemmelse med Hodgkin-Huxley-modellen.

»Der er en del uklarheder omkring Tasakis forsøg fra 1949,« siger Thomas Heimburg, som mener, det burde gentages.

De nye forsøg, der er beskrevet i en artikel i Physical Review X, viser, at udslukning i hvert fald ikke er en generel effekt. Tasaki viste selv ved forsøg i 1980’erne, at mekaniske effekter havde en betydning, men undersøgte ikke detaljerne i den tidligere observerede udslukning.

Rune Berg har på Ingeniørens opfordring læst den nye artikel. Han er imponeret, men ikke overbevist.

»Det er svært at anslå enkelte nervebaner, og jeg kan eksempelvis ikke se, at det er udelukket, at pulserne kan have bevæget sig i to forskellige nervebaner, der befinder sig i forskellige lag,« siger han.

Rune Berg vil ikke afvise Heimburgs teori, men understreger, at beviserne for ionstrømme på tværs af membranen er veldokumenterede, og disse er grundlaget for det meste cellelære fysiologi og indgår i store dele af medicinalindustrien.

»Jeg vil derfor gerne se flere eksperimenter, der udelukker alternative fortolkninger,« siger han og tilføjer, at bevisbyrden er pålagt de forskere, som vil gøre op med de nugældende accepterede teorier. Samtidig erkender han dog, at neurovidenskab i dag ikke står på et lige så sikkert videnskabeligt fundament som eksempelvis fysik og kemi.

Thomas Heimburg selv har ikke større tiltro til, at fysiologer kommer til at forstå hans teori og Hodgkin-Huxley-modellens problemer.

»De mangler viden om helt fundamentale fysiske begreber, ja, selv fysisk kemi er et mangelelement i uddannelsen i dag,« siger han.

Men tiden taler til hans fordel, mener han med udgangspunkt i et citat af Max Planck:

»En ny videnskabelig sandhed sejrer ikke ved at overbevise sine modstandere, men snarere ved, at dens modstandere til sidst dør, og en ny generation, der er fortrolig med den, vokser op.«

Thomas Heimburg er nu gået i gang med at skrive sin egen lærebog, som gerne skulle være færdig inden for et år eller to.