Muusikko ei tarvitse hippokampusta aivoissaan

Kuvituskuva aivoista pään sisällä
Kuvituskuva aivoista pään sisällä

Kokeellinen tieto aivovaurioista auttaa tutkijoita selvittämään, miten terveet aivot toimivat. Tuoreessa psykologian väitöskirjassa tutkittiin harvinaista muistihäiriöpotilasta, jonka hippokampus on tuhoutunut.

Psykologian maisteri Jussi Valtosen väitöskirjassa selvitettiin terveiden aivojen toimintaa tutkimalla aivovaurioista kärsiviä potilaita, joiden tiedonkäsittelykyvyt eivät toimi normaalisti.

Yksi Valtosen koehenkilöistä oli potilas, joka kärsii harvinaisesta, virusperäisen aivotulehduksen aiheuttamasta muistihäiriöstä. Tulehdus oli vaurioittanut aivojen ohimolohkoja, jotka ovat erityisen tärkeitä muistin ja oppimisen kannalta.

"Hän ei oppinut tunnistamaan ketään meistä", Valtonen kertoo. "Hän pystyi keskustelemaan sujuvasti mutta unohti heti sen jälkeen, että mitään keskustelua oli käyty."

Aivovaurio oli sikäli poikkeuksellinen, että potilaan hippokampus oli tuhoutunut molemminpuolisesti kokonaan.

"Hippokampusvaurioista kärsiviä potilaita on tutkittu aiemminkin, mutta useimmilla hippokampaalista kudosta on säilynyt ainakin jonkin verran."

Muistia lukuun ottamatta potilaan muut kognitiiviset toiminnot olivat kuitenkin säilyneet suhteellisen hyvin. Ennen sairastumistaan potilas oli ollut myös taitava alttoviulisti, ja hänen soittokykynsä oli säilynyt muistihäiriöstä huolimatta.

Harvinaisen hippokampusvaurion ja säilyneen soittotaidon yhdistelmä tarjosi tutkijoille ainutlaatuisen mahdollisuuden selvittää, onko uuden musiikin oppiminen mahdollista ilman hippokampusta.

Potilasta varten sävellytettiin kolme uutta kappaletta, jotka rakennettiin huolellisesti vertailukelpoisiksi keskenään. Potilas harjoitteli kahta kappaleista, ja harjoittelun jälkeen esityksiä verrattiin kontrollikappaleeseen, jota potilas ei ollut harjoitellut. Tutkimustulosten mukaan kappaleet sujuivat harjoittelun jälkeen kontrollikappaletta sujuvammin. Vaikka potilaan oppiminen tuskin oli yhtä nopeaa kuin terveillä muusikoilla, tutkimus on tiettävästi ensimmäinen osoitus siitä, että uutta musiikkia voi oppia soittamaan ainakin jonkin verran ilman hippokampusta.

"Tutkimuksessa saatiin aiempaa varmempia tuloksia, koska tuloksia ei voi selittää säilyneellä hippokampaalisella kudoksella. Tällä potilaalla sitä ei käytännössä ole."

Valtonen teki tutkimuksensa osana amerikkalaisen Johns Hopkinsin yliopiston tutkimusryhmää. Potilasta tutkittiin samalla myös Princetonin yliopistossa.

Psykologian maisteri Jussi Valtonen väitteli Helsingin yliopiston käyttäytymistieteellisessä tiedekunnassa 16.5. aiheesta ”Cognitive Representations in the Sensory and Memory Systems of the Human Brain: Evidence from Brain Damage and MEG”. Vastaväittäjänä toimi professori E. Charles Leek Bangorin yliopistosta. Väitöskirja on luettavissa e-thesispalvelussa.

Juttu on Helsingin yliopiston tiedotteesta muokattu.

Tutkimustulos: Joulun henki näkyy aivoissa

Joulupukki
Joulupukki

Arvostetussa brittiläisessä lääketieteen julkaisussa British Medical Journalissa julkaistun artikkelin mukaan joulun lämmin tunnelma on selvästi havaittavissa koehenkilöiden aivoissa.

Kööpenhaminan yliopiston tutkimusryhmän (joulumielellä) tekemässä 20 koehenkilön vertailevassa tutkimuksessa huomattiin, että perinteisesti joulua viettävien henkilöiden aivoissa tapahtuu selviä magneettiresonanssikuvauksessa havaittavia muutoksia kun heille esitetään jouluisia kuvia.

Tanskalaistutkijoiden mukaan vastaavaa ei ole havaittu koskaan, tosin todennäköisesti siksi, että vastaavaa ei liene tutkittu koskaan.

Joka tapauksessa tulokset ovat kiinnostavia: hyväkuntoisille koehenkilöille näytettiin 84 kuvaa 3D-laseilla, joista osa oli jouluun liittyviä ja osa taas ei lainkaan.

Henkilöiden aivoja skannattiin samalla magneettiresonanssikuvauslaitteistolla, jolla pystyttiin havaitsemaan mitkä osat aivoista aktivoituivat. Kuvauksen jälkeen  henkilöt täyttivät lomakkeen, missä he kertoivat kuinka he viettävät joulua ja millaisia ovet heidän jouluperinteensä. 

Kymmenen henkilöistä oli etukäteen valittu siten, että he olivat ilmoittaneet olevansa jouluihmisiä ja toiset kymmenen suhtautuivat joulun viettoon välinpitämättömämmin.

Kun mittauksia verrattiin keskenään, kävi selvästi ilmi, että joulumielisten aivoissa viisi aluetta käyttäytyi selvästi aktiivisemmin jouluisia kuvia katsoessa.

Muutokset ovat selvimmin aivojen vasemmassa puoliskossa, erityisesti sen motorisen aivokuoressa ja sen etupuolella sekä päälakilohkossa. Näiden alueiden tiedetään liittyvän henkisyyteen, somaattisiin aisteihin (asennon tuntemus, liike, tuntoaisti, kipu jne.) ja kasvonilmeiden tunnistukseen.

Tutkijat toteavat, että aivojen juhla-alueiden tutkimusta tulisi tehdä edemmän, mutta myös huomauttavat kaikkea muuta kuin jouluisesti, että tuloksiin tulee suhtautua viihteenä.

Joka tapauksessa Tiedetuubin toimituksessa aivot ovat jo varsin jouluisessa tunnelmassa (eikä vain vasen aivopuolisko).

Otsikkokuva: Rovaniemen kaupunki

Mitä tapahtuu muusikon päässä? Video näyttää.

Mitä tapahtuu muusikon päässä? Video näyttää.

Mitä tapahtuu muusikon päässä, kun hän esiintyy? Tieto kulkee aivopuoliskolta toiselle, mutta myös aivot sekä koko keho ovat tiiviimmin tekemisissä toistensa kanssa – muusikko esiintyy koko kehollaan.

13.08.2015

Musiikki voi myös auttaa tehostamaan aivotoimintaa. Esimerkiksi vieraita kieliä voi opiskella paremmin sävelten siivittämänä ja motorisia taitoja voi harjoittaa musiikin avulla. Myös aivovammoista toipumisessa musiikki joko itse laulaen tai soittaen, tai vain musiikin kuuntelu voi olla avuksi. Lisäksi oppimisvaikeuksista kärsiville musiikin on havaittu olevan hyödyllistä.

Niinpä musiikkia ja aivotoimintaa kannattaa tutkia, ja professori Minna Huotilaisen tutkimusryhmä tekee juuri niin. Huotilainen kertoo enemmän asiasta (englanniksi) tällä Helsingin yliopiston tuottamalla videolla, missä lauluyhtye Rajaton laittaa päänsä pantiksi tutkimukselle. Jussi Chydeniuksen ja Essi Wuorelan päässä oli esiintymisen ajan sensorimyssy, jonka avulla heidän aivosähkökäyräänsä voitiin tarkkailla.

Video: Konsta Leppänen

Seeprakala aivosimulaattorissa Toimitus Ke, 27/08/2014 - 20:11
Seeprakala
Seeprakala

Seeprakalat pelaamassa tietokonepeliä tieteen nimissä? Tällaista puuhataan Harvardin yliopistossa, jossa neurotieteen professori Florian Engert tutkii ryhmineen seeprakalojen aivotoimintaa.

Professori Engert opetti elokuussa Neurotieteen tutkimuskeskuksen ja Aivot ja mieli -tohtoriohjelman järjestämällä seeprakalakurssilla.

Tutkimuksessa seeprakalalle näytetään virtuaalista maailmaa. Kala siis kuvittelee uivansa todellisessa ympäristössään, vaikka todellisuudessa se pysyy paikallaan.

"Kalat ovat eräänlaisessa yhden hengen lentosimulaattorissa, ja pyrstö toimii niiden peliohjaimena", kertoo Engert.

Erityistä tutkimusasetelmassa on se, että siinä voidaan mitata seeprakalan koko aivotoiminta lähes aidossa tilanteessa. Tämä on mahdollista, sillä seeprakala on lähes läpinäkyvä.

"Kalan pää on kuin ikkuna, josta on suora näkymä millimetrin mittaisiin aivoihin. Nykyiset optiset laitteet pystyvät mittaamaan kalan koko aivotoiminnan".

Seeprakalan tutkiessa virtuaalista ympäristöään mittaavat optiset laitteet sen eri aivoalueiden aktivoitumista. Laitteet tallentavat kalan aivotoiminnan, jonka tutkijat analysoivat myöhemmin.

Engertillä on suunnitelmissa lisätä pelillisiä ominaisuuksia seeprakalojen tutkimukseen: "Olemme ajatelleet lisätä virtuaaliseen ympäristöön myös erilaisia objekteja, joita kalat voisivat jahdata. Voisimme tutkia sitä, mitä kalojen aivoissa tapahtuu, kun ne saalistavat."

Seeprakalat ovat tuttuja myös kotiakvaarioista. Luonnossa niitä on Kaakkois-Aasiassa, erityisesti Intian riisipeltojen ojissa ja lammikoissa, joissa vesi virtaa hitaasti.

Kehitysbiologit toivat seeprakalat ensimmäisinä tutkimuslaboratorioihin. Esimerkiksi yksilön kehitystä on pystytty tutkimaan kalan läpinäkyvyyden ansiosta. Pian muillakin aloilla huomattiin, miten helppoa on tutkia eläintä, jonka elimet näkyvät ihon läpi.

Ihan kaikkeen seeprakalat eivät taivu, sen sai Engert huomata yrittäessään tutkia seeprakalojen kestomuistia.

"On kuitenkin myytti, että kalat eivät oppisi mitään", kuittaa Engert, ja kehuu tutkimuskohteitaan itse asiassa viisaiksi eläimiksi.

Lue lisää: Yliopisto-lehti 1/2011: Seeprakalan aivot »

Juttu on lähes sellaisenaan Helsingin yliopiston verkkotoimituksen julkaisema artikkeli Aivot kuin ikkuna, jonka on kirjoittanut Tiina Palomäki.

Musiikki auttaa muistamaan

Tangoa soitetaan
Tangoa soitetaan

Tuoreen tutkimuksen mukaan aivoturso pitää nähtävästi musiikin kuuntelusta.

Jyväskylän yliopiston ja Aalto-yliopiston AMI-keskuksen yhteistyönä tehdyn, Suomen Akatemian rahoittaman tutkimuksen mukaan toistuvien musiikillisten fraasien kuuntelu saa aikaan selvää aktivoitumista aivotursossa, eli hippokampuksessa. Koska aivoturson yksi tärkeä tehtävä aivoissa on pitkäkestoisten muistojen luomisessa ja säilyttämisessä, ja koska uusien tutkimustulosten mukaan lyhyt- ja pitkäkestoinen muisti ovat toisistaan riippuvaisia, on musiikin kuuntelulla mahdollisesti muistamista avustava vaikutus.

Professori Petri Toiviaisen johtamaan tutkimusryhmään kuului tutkijoita Jyväskylän monitieteisen musiikintutkimuksen keskuksesta sekä tohtori Elvira Brattico Aalto-yliopistosta. Tutkimuksen tulokset julkaistiin Cortex-lehdessä, joka on hermojärjestelmän ja käyttäytymisen tutkimukseen painottunut tieteellinen julkaisu.

"Keskisten ohimolohkojen alueen aktiivisuus lisääntyi, kun koehenkilöille soitettiin toistuvia musiikillisia motiiveja", kertoo tohtorikoulutettava Iballa Burunat.

"Keskiset ohimolohkot ovat välttämättömiä pitkäkestoisen muistin toiminnassa. Kuuntelukokeessa havaittiin, että nämä aivoalueet osallistuvat kenties myös musiikkikatkelmien lyhytkestoiseen tunnistamiseen."

Tohtori Bratticon mukaan vastaavaa ei ole aiemmin havaittu musiikin neurotutkimuksessa.

Tutkimuksen tekee uudenlaiseksi se, että kuuntelukoe järjestettiin mahdollisimman luonnollisessa ympäristössä, joka ei ole kovin tyypillistä neurotieteiden koeasetelmille. Koehenkilöiden ainoa tehtävä oli kuunnella tarkkaavaisesti musiikkinäytteenä toiminut argentiinalainen tango alusta loppuun.

"Käyttämämme metodi oli ratkaisevassa osassa ilmiön paljastamisessa", Iballa Burunat selittää. "Tunnistetut alueet voivat olla yhteydessä myös musiikkiin liittyvien pysyvämpien muistijälkien muodostamiseen".

Musiikin tarkkaavainen kuunteleminen kenties juurrutti sävelmän koehenkilöiden pitkäkestoiseen muistiin. Vastaavaa ei ehkä olisi tapahtunut, mikäli koehenkilöt olisi altistettu yksinkertaisemmalle ärsykkeelle kontrolloidummassa koeasetelmassa, kuten tapana yleensä on tutkittaessa musiikin ja muistin välisiä yhteyksiä.

Vaikka luonnollinen koeasetelma saattaa olla riittävä tekijä aktivoimaan aivoturson osallistumista musiikin kuunteluun, saattaa toinen selitys tuloksille piillä musiikin kyvyssä herättää tunteita. Kokeessa käytetty musiikki on Astor Piazzollan säveltämä kunnianosoitus äkillisesti kuolleelle isälleen, joten kappale on hyvin tunteellinen. Burunatin mukaan emotionaalisella latauksella voi myös olla vaikutus muistamiseen, eli pelkkä musiikki sinällään ei selittäisi tuloksia.

Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että tunnepitoiset tapahtumat muistetaan neutraaleja paremmin. Tuloksilla voi olla merkitystä myös hermorappeumasairauksien, kuten Alzheimerin taudin, tutkimuksen kannalta. Sopiva tunnepitoinen musiikki voisi siis toimia hyvinkin hoitona tai ennaltaehkäisynä.

"Musiikilla voidaan vaikuttaa potilaisiin positiivisesti stimuloimalla heidän aivotursoaan ja sitä kautta koko muistijärjestelmää", pohtii professori Toiviainen.

"Parempi ymmärrys musiikin ja muistin välisestä yhteydestä voi johtaa hyvinkin laajamittaisiin tuloksiin ja auttaa kehittämään uusia hoitomuotoja, joilla kuntoutetaan hermorappeumasairauksista kärsiviä potilaita tai parannetaan heidän elämänlaatuaan."

Artikkeli perustuu Aalto-yliopiston ja Jyväskylän yliopiston yhteiseen tiedotteeseen. Kuva on Flickr-palvelusta.

Julkaisu:

Burunat, I., Alluri, V., Toiviainen, P., Numminen, J., & Brattico, E. (2014). Dynamics of brain activity underlying working memory for music in a naturalistic condition. Cortex. doi:10.1016/j.cortex.2014.04.012

Kokemus ruumiistapoistumisesta on totta

Noin 14% ihmisistä on mielestään poistunut fyysisestä kehostaan ja voinut liikkua ympäriinsä pelkkänä tietoisena mielenä. Tässä ns. astraaliprojektiossa voi myös katsoa itseään ikään kuin ulkoapäin ja jotkut kokevat yhtenäisyyttä jonkinlaisen suuremman hengen kanssa.

Tieteellisesti kyse on todennäköisimmin hallusinaatiosta tai valveunesta, missä henkilö tiedostaa enemmän tai vähemmän selvästi näkevänsä unta, ja raja tietoisuuden ja unen välillä on häilyvä. Aivomme pystyvät tuottamaan paljon erilaisia kokemuksia, joita itse saatamme pitää totena, mutta jotka ovat vain neuronien napsuntaa.

Nyt tälle oletukselle on saatu lisätukea, sillä Ottawan yliopiston tutkijat pystyivät kuvaamaan aivojen toimintaa kehostapoistumiskokemuksen aikana. Koehenkilönä oli nainen, joka pystyi omien sanojensa mukaan poistumaan halutessaan omasta kehostaan, ja tutkijat pyysivät päästä mittaamaan mitä hänen aivoissaan astraalimatkan aikana oikein tapahtui. Kyseessä on tiettävästi ensimmäinen kerta, kun tätä on pystytty tutkimaan tieteellisesti.

Naisen oman kertomuksen mukaan hänen tietoisuutensa poistui kehosta kokeen aikana ja hän pyöri ilmassa fyysisen itsensä yläpuolella vaakatasossa. Hän myös katseli itseään ilmasta.

Kokeen aikana nainen oli magneettikuvauslaitteessa, joka seurasi koko ajan hänen aivojensa toimintaa. Aivojen näköaivokuori aktivoitui voimakkaasti kokemuksessa ja samalla aivojen vasemman puolen liikeaivokuoren alueet, joiden tiedetään olevan yhteydessä mielikuviin sekä raajojen sekä koko kehon liikkeisiin muuttuivat selvästi aktiivisemiksi. Tämän aivojen alueen avulla tiedostamme missä olemme ympäristössämme ja kuinka liikumme siinä.

Nähtävästi siis koehenkilö simuloi tapahtumaa koko ajan aivoissaan, sillä samaan aikaan hänen oma kehonsa oli tukevasti paikallaan, eikä huoneessa tapahtunut mitään epätavallista. Vaikka naisen kannalta tapaus oli hyvin todellinen, oli se tapahtunut vain hänen omissa aivoissaan.

Koko tutkimuskuvaus esiteltiin helmikuussa Frontiers in Human Neurocience -julkaisussa.

Tutkijat haluaisivat päästä tutkimaan myös muita henkilöitä sekä kehostapoistumistapauksia, jotka eivät tapahdu tietoisesti. Nythän nainen pystyi käynnistämään itse halutessaan kehostapoistumisen.

Nyt vietetään aivoviikkoa

Tällä viikolla (viikko 11) vietetään kansainvälistä aivoviikkoa, joka aikana Suomessakin järjestetään paljon erilaisia tapahtumia.  Aivoviikolla tehdään neurotiedettä tutuksi, kerrotaan alan tutkimuksista ja siitä miten niiden tuloksia voidaan hyödyntää terveyden edistämisessä.

Kärpäsen kuvakompassi

Kesä ja kärpäset alkavat olla tältä vuodelta historiaa, mutta jos muistoihin on jäänyt mielikuva hyönteisten päämäärättömästä poukkoilusta, se on virheellinen. Kärpäsetkin osaavat suunnistaa. Tuore tutkimus on selvittänyt, miten niiden aivojen neuronit virittyvät ottamaan vastaan ympäristön visuaalisia ärsykkeitä – samaan tapaan kuin ihmisellä.

Howard Hughes Medical Instituten tutkijat Vivek Jayaraman ja Johannes Seelig ovat selvittäneet, miten banaanikärpäset tunnistavat ja muistavat näkemänsä. Taitonsa turvin ne osaavat hakeutua suojaisiin paikkoihin ja välttää vaaroja.

Kärpäsen visuaalisten suunnistustaitojen taustalla on niiden aivojen ydinalue, joka on nimeltään keskeinen kompleksi. Selkärankaisilla, myös meillä ihmisillä, sitä vastaa tyvitumake. Tutkijoiden mukaan kärpästen aivoissa olevat neuronit reagoivat samanlaisiin visuaalisiin peruspiirteisiin kuin ihmisten vastaavat neuronit.

Kärpäsaivojen keskeisen kompleksin toimintaa ei aiemmin ole tutkittu, mutta esimerkiksi perhosilla ja heinäsirkoilla sen on todettu mahdollisesti liittyvän suunnistamiseen valon polarisaation avulla. Torakoilla se puolestaan on tärkeässä asemassa tuntosarvista tulevien ärsykkeiden käsittelyssä.

Banaanikärpäsen kokoisen hyönteisen aivotutkimuksessa on omat ongelmansa, mutta tutkijat onnistuivat kehittämään menetelmän, jolla voidaan tarkkailla hermosolujen aktiivisuutta geneettisesti koodattujen proteiinien avulla. Kaksifotonimikroskoopilla pystytään havaitsemaan kalsiumionit, jotka liittyvät hermoimpulssin etenemiseen.

Tutkimuksen kohteena olleet kärpäset asetettiin ”virtuaaliareenalle”, jonka seinille voitiin heijastaa yksinkertaisia kuvioita. Erilaisten kuvioiden todettiin saavan aikaan erilaisia ärsykkeitä: esimerkiksi pystyjuovat aiheuttivat useimmissa neuroneissa voimakkaamman vasteen kuin vaakajuovat.

Lisäksi selvisi, että kullakin neuronilla on kärpäsen näkökentässä oma alueensa, johon tuleviin visuaalisiin ärsykkeisiin se reagoi. Nyt saadut tulokset eivät kuitenkaan kerro sitä, tunnistaako kärpänen näkemäänsä vai muuttuuko näköaistimus suoraan toiminnaksi.

Tutkimuksessa todettiin, että neuronit reagoivat ympäristön visuaalisiin ärsykkeisiin yhtä voimakkaasti riippumatta siitä, pysyttelikö kärpänen paikallaan vai liikkuiko se jalan. Lentäminen heikensi vastetta jonkin verran, mutta silti ulkoiset ärsykkeet olivat määräävässä asemassa kärpäsen käyttäytymisen suhteen.

Laajempana tavoitteena on selvittää aivoissa tapahtuvan informaation käsittelyn perusperiaatteita. Tutkijoiden toiveena on muodostaa selkeä kuva hermostollisista algoritmeista, jotka saavat aikaan aistihavaintojen pohjalta toimintaa.

Tutkimus on julkaistu 9. lokakuuta Nature-tiedelehdessä.

Kuva: Igor Siwanowicz, Johannes Seelig, Vivek Jayaraman.