aivot

Aivojen hitaat aallot kertovat tietoisuudesta

Ma, 04/02/2018 - 18:22 Markus Hotakainen

Magneetti- eli MRI-kuvauksessa on jo pitkään ihmetelty hyvin hitaita aaltoja, jotka näyttävät kulkevan aivojen halki muutaman sekunnin välein. Kuvaustekniikassa esiintyy muutenkin kaikenlaista kohinaa, joten niistä ei ole ihmeemmin välitetty.

Hitaat aivoaallot saattavat kuitenkin olla paljon merkittävämpiä kuin on osattu aavistellakaan. Ne eivät liity kuvaustekniikkaan, vaan ovat aito aivojen ilmiö, joka liittyy tietoisuuteen. Aallot saattavat olla keskeisiä aivojen eri alueiden toimintojen koordinoinnissa.

"Aivoissamme on noin 100 miljardia neuronia ja jonkin täytyy ohjata niiden toimintaa", sanoo tutkimusta johtanut Marcus Raichle. "Nämä hitaasti muuttuvat aivojen signaalit huolehtivat laajassa mitassa aivojen eri alueilla tapahtuvien toimintojen koordinoinnista."

Jo 2000-luvun alussa Raichle kollegoineen totesi magneettikuvauksella, että aivoissa esiintyy lepotilassa aktiivisuutta. Sitä ennen oli kuviteltu, että aivot hiljenevät, jos niillä ei ole mitään varsinaista tehtävää. Nyt tiedetään, että aivot kuluttuvat energiaa melkein yhtä paljon riippumatta siitä, antaako ajatusten vaellella vai ratkooko jotain visaista matematiikan tehtävää.

Kun tutkittiin erilaisten aivoihin liittyvien sairauksien kuten Alzheimerin vaikutusta eri alueiden toimintaan, huomattiin aivoissa etenevän hyvin hitaita aaltoja, joilla ei näyttänyt olevan mitään tekemistä tutkitun sairauden kanssa: niitä esiintyi sekä sairailla että terveillä.

Alkuun aaltoja pidettiin tekniikan aiheuttamana virhehavaintona, sillä magneettikuvauksessa laitteisto tarkkailee happipitoisen veren virtausta sekuntien mittaisissa ajanjaksoissa, vaikka aivoissa sinkoilee sekunnin kymmenyksen ja jopa sadasosan mittaisia signaaleja. Hitaiden aaltojen arveltiin olevan seurausta näiden nopeiden signaalien summautumisesta.

Washingtonin yliopiston lääketieteen korkeakoulussa St. Louisissa on nyt tutkittu hiiriä ja niiden aivojen sähköistä toimintaa suorilla mittausmenetelmillä. Toinen niistä tarkkaili aktiivisuutta solutasolla, toinen aivojen ulkopinnalla kerros kerrokselta.

Mittaukset osoittivat, että aallot ovat todellisia: ne näkyivät tekniikasta riippumatta. Lisäksi tutkijat totesivat aaltojen saavan alkunsa aivojen sisäosissa ja leviävän sieltä eri puolille aktivoiden sähköistä toimintaa. Aallot havaittiin jopa nukutettujen hiirien aivoissa, mutta niiden etenemissuunta oli silloin vastakkainen.

"Hyvin hitaiden aaltojen eteneminen aivokuoressa on yhteydessä merkittäviin muutoksiin käyttäytymisessä, esimerkiksi tietoisuuden ja tiedottomuuden väliseen eroon", toteaa tutkimuksessa mukana ollut Anish Mitra.

Nyt tehdyt havainnot viittaavat siihen, että hitaat aallot ovat keskeisen tärkeitä aivojen toiminnan kannalta. Seuraavaksi tutkijoiden tavoitteena on selvittää, selittäisivätkö poikkeamat aaltojen kulussa magneettikuvauksella havaitut erot terveiden ja neuropsykiatrisista häiriöistä kärsivien välillä.

Tutkimuksesta kerrottiin Washingtonin yliopiston uutissivuilla ja se on julkaistu Neuron-tiedelehdessä.

Kuva: brainpictures.org

Stressi ei ole pelkästään tarttuvaa, se muuttaa jopa aivojen rakennetta

Pe, 03/09/2018 - 21:36 Markus Hotakainen

Jokainen varmaan tietää, että stressi leviää työyhteisössä kulovalkean lailla. Jos jollain on kauhea kiirus, pian kaikki tuntevat taakan harteillaan. Valitettavasti kyse ei ole pelkästään tuntemuksista.

Jaideep Bains (kuvassa vasemmalla) ja Toni-Lee Sterley työryhmineen ovat todenneet tutkimuksessaan, että stressi aiheuttaa muutoksia paitsi paineen alla työskentelevän myös muiden aivoissa aivan kuin kaikki kokisivat samanlaista stressiä.

Tutkimus tosin tehtiin hiirillä. Tuntuu kuitenkin luontevalta, että tuloksia voi soveltaa myös ihmisiin, sillä stressin aiheuttamat muutokset aivoissa kumoutuivat naarashiirillä sosiaalisen kanssakäymisen seurauksena. Koirashiirillä niin ei tapahtunut. Näinhän se tuppaa olemaan meillä miehilläkin.

"Stressiin liittyvät muutokset aivoissa voivat olla tekemisissä esimerkiksi posttraumaattisten stressihäiriöiden, ahdistuneisuuden ja masennuksen kanssa", Bains arvelee. "Viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että stressi ja siihen liittyvät tuntemukset voivat olla 'tarttuvia'. Toistaiseksi emme tiedä, ovatko seuraukset pysyviä."

Tutkimuksessa tarkasteltiin hiiriparien käyttäytymistä. Parit erotettiin ja toinen osapuoli altistettiin lievälle stressille. Kun hiiret päästettiin taas toistensa seuraan, tutkijat tarkastelivat hiirien aivosoluja, jotka reagoivat stressiin. Kävi ilmi, että kummallakin hiirellä tapahtui solutasolla samanlaisia muutoksia.

Jatkotutkimuksessa selvitettiin optogenetiikan vaikutusta solutason muutoksiin. Valon avulla "sammutettiin" tiettyjä neuroneja stressialtistuksen aikana, jolloin aivoissa ei tapahtunut muutoin esiintyviä muutoksia. Kun sama prosessi toistettiin stressaantumattoman hiiren kohdalla, kun se pääsi tekemisiin stressihiiren kanssa, myöskään sen aivoissa ei tapahtunut muutoksia.

Omituista oli se, että "sytytettäessä" samat neuronit uudelleen – jälleen valon avulla – kummankin hiiren aivoissa havaittiin merkkejä stressistä. Tutkijat saivat selville, että näiden neuronien aktivoituminen sai aikaan "hälyferonomin" erityksen, mikä aiheutti stressireaktion myös muissa hiirissä. Tällaisten "stressisignaalien" välittyminen saattaa olla kytköksissä sosiaalisten verkostojen syntymiseen.

Niillä näyttää olevan lieventävä vaikutus stressin aiheuttamille haitoille – mutta valitettavasti vain naarailla. Jos ne pääsivät tekemisiin stressaantumattomien lajitovereidensa kanssa, haittavaikutukset vähenivät lähes puoleen. Koiraiden kohdalla vastaavaa ilmiötä ei havaittu.

Vaikka tutkimus tehtiin hiirillä, sen tulokset saattavat antaa viitteitä myös ihmisten käyttäytymisestä ja reagoimisesta stressiin. Viestimme stressistämme myös muille, joskin usein tiedostamattamme. Erityisesti perhepiirissä stressioireet vaikuttavat yleensä kaikkiin. Toisaalta muiden ihmisten mielialojen aistiminen on oleellinen tekijä sosiaalisten suhteiden muodostumisessa ja ylläpitämisessä.

Stressitutkimuksen tuloksista kerrottiin EurekAlert!-uutissivustolla ja ne on julkaistu Nature Neuroscience -tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Adrian Shellard, Hotchkiss Brain Institute

Aidon ”Jäämiehen” salaisuus löytyy aivoista

Ke, 03/07/2018 - 08:21 Markus Hotakainen

Etenkin suomalaisille on tuttu toinenkin Jäämies, mutta tässä tapauksessa ”Iceman” on hollantilainen seikkailija Wim Hof. Hän on saanut lempinimensä kyvystään selviytyä ennätyksellisen pitkiä aikoja alhaisissa lämpötiloissa.

Hof on esimerkiksi juossut maratonin Lapissa pelkissä shortseissa noin 20 asteen pakkasessa. Reilun 42 kilometrin taittamiseen kului aikaa lähes viisi ja puoli tuntia.

Omien sanojensa mukaan Hof pärjää paukkupakkasessa itse kehittelemällään metodilla, johon liittyy hengitysharjoituksia ja meditaatiota. Nyt tutkijat ovat päässeet tutkimaan tarkemmin kylmänkestävyyden syitä: ne löytyvät aivoista.

Waynen valtionyliopiston tutkijat Otto Muzik ja Vaibhav Diwadkar tarkkailivat kolmen päivän ajan Hofin aivoja toiminnallisella magneettikuvauksella ja hänen kehoaan positroniemissiotomografian avulla.

Tutkimuksen aikana Hofilla oli yllään erikoisvalmisteinen puku, jonka sisällä lämpötilaa voitiin säädellä jääkylmällä vedellä. Kun Hofin elimistöstä saatuja tuloksia verrattiin "tavallisiin" ihmisiin, erot olivat paitsi selviä myös hätkähdyttäviä.

Kehittämänsä metodin avulla Hof sai ihonsa lämpötilan pysymään lähes vakiona jäähdytyksestä huolimatta. PET-kuvaus paljasti syyksi sympaattisen hermoston toiminnassa tapahtuneet muutokset ja glukoosin kulutuksen kasvun kylkivälilihaksissa. Seurauksena on lämmön vapautuminen keuhkokudoksiin ja veren lämpiäminen keuhkojen hiussuonissa.

"Tahdonalainen ihon ja siten myös kehon lämpötilan säätely jopa hyvin kylmissä oloissa on epätavallista ja selittää todennäköisesti hänen vastustuskykynsä kylmyydelle", Muzik arvioi.

Aikaisempien tutkimusten perusteella oletuksena oli, että kylmyys aktivoisi Jäämiehen aivosaaren eli insulan etuosan, jossa sijaitsee ruumiinlämmön säätelykeskus. Yllättäen merkittävämpiä muutoksia näkyikin aivonesteviemärin läheisyydessä sijaitsevassa keskiaivojen harmaassa aivoaineessa (periaqueductal gray matter).

Tälle aivojen alueelle sijoittuu kivunhallinta, joka tapahtuu opioidien ja kannabinoidien avulla. Tutkijoiden otaksuma on, että Hof kykenee saamaan aikaan keskiaivoissa kivunlievitystä edistävän reaktion, joka vapauttaa mainittuja aineita. Ne paitsi lievittäisivät kipua aiheuttaisivat myös hyvänolontunnetta, mielialan kohenemista ja rauhoittumista.

Tutkijoiden mukaan Hofin metodin soveltaminen saattaa saada aikaan muutoksia autonomisissa aivotoiminnoissa. Jos se pitää paikkansa, siitä voisi olla apua esimerkiksi immuunijärjestelmään liittyvien sairauksien ja psykiatristen tilojen hoitamisessa.

"Ei ole mitenkään outoa ajatella, että tietynlaisella harjoituksella voisimme muokata fysiologiaamme. Tutkimuksemme tavoitteena on selvittää näiden muutosten taustalla olevat mekanismit objektiivisen ja tieteellisen analyysin keinoin, ja arvioida niiden merkitys lääketieteen kannalta", Muzik selostaa.

Jäämiehen poikkeuksellisesta aivotoiminnasta kerrottiin Waynen valtionyliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu NeuroImage-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Wayne State University School of Medicine

Kyllä, tunteet näkyvät aivoissamme

To, 02/15/2018 - 23:52 Toimitus
Kuvitusta aivoista ja tunteista

Kaikki tietävät, että tunteita on helppo nähdä jopa silmämääräisesti esimerkiksi kasvonilmeiden, kehon tuntemusten ja yksilöllisisten kokemusten perusteella. Toistaiseksi kuitenkaan ei tiedetä, onko eri tunteilla myös niin erilainen aivoperusta, että tunteita voitaisiin erotella toisistaan pelkän aivojen toiminnan perusteella.

Huomenna perjantaina Aalto-yliopistossa väittelevä Heini Saarimäki on selvitellyt tutkimuksessaan tätä asiaa: millaisia ovat eri tunnetilojen vaikutukset aivojen toimintaan ja eri aivoalueiden välisiin yhteyksiin?

Väitöskirjan osatutkimuksissa mitattiin elokuvien, tarinoiden ja henkilökohtaisten muistojen herättämien tunnetilojen vaikutuksia aivojen toimintaan ja eri aivoalueiden välisiin yhteyksiin yhdistämällä koneoppimismenetelmiä aivojen toiminnalliseen magneettikuvaukseen (fMRI).

Tulokset osoittivat, että eri tunnetiloilla on todellakin oma aivoperustansa – siis tunteita voi tunnistaa aivojen toiminnasta.

Mitä samankaltaisemmaksi kaksi tunnetta koetaan, sitä samankaltaisempi aivotoiminta niihin liittyy. Tunteet muokkaavat koko aivojen toimintaa ja eri aivoalueiden välisiä yhteyksiä ja vaikuttavat sitä kautta kaikkeen kehomme ja mielemme toimintaan.

Tarkalleen ottaen tutkimustulokset valottavat erilaisten tunteiden aivoperustaa sekä tämän yhteyksiä tietoisiin tunnekokemuksiimme.

Ne lisäävät ymmärrystämme eri tunteiden merkityksestä ja taustasta sekä niiden vaikutuksesta kehoomme ja mieleemme. Tietoa voidaan hyödyntää myös erilaisten tunne-elämän häiriöiden hoidossa.

Aalto-yliopiston Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitoksella on tutkittu paljon aivojen toimintaa eri kuvantamismenetelmillä. Käytössä heillä on kolme erilaista aivokuvantamislaboratoriota: Aalto TMS (Navigoitu transkraniaalinen magneettistimulaatio, nTMS), Advanced magnetic imaging (AMI)-keskus (toiminnallinen magneettikuvaus, fMRI) ja MEG Core (magnetoenkefalografia, MEG).

Jos asia kiinnostaa enemmänkin, Heini Saarimäen väitöskirjan voi lukea täällä: Decoding emotions from brain activity and connectivity patterns.

*

Juttu perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen.

Vähäinen valo tekee tyhmäksi

Ti, 02/06/2018 - 13:52 Markus Hotakainen

Ainakin ennen vanhaan lapsia varoiteltiin lukemasta liian pimeässä, etteivät silmät mene pilalle. Vähäisen valaistuksen vaikutukset voivat olla paljon laaja-alaisempia, sillä se voi jopa tyhmentää.

Michiganin valtionyliopistossa on tutkittu niilinrottia, jotka muistuttavat elintavoiltaan ihmisiä: ne nukkuvat öisin. Koejärjestelyssä osa rotista eleli kirkkaassa valaistuksessa, osa hämärissä oloissa neljän viikon ajan.

Ero näkyi selvästi niiden aivoissa. Hämärässä oleskelleiden rottien hippokampuksen, oppimisen ja muistin kannalta keskeisen aivojen osan, suorituskyvystä katosi melkein kolmannes. Lisäksi ne suoriutuivat kehnosti aiemmin oppimissaan tilan hahmottamiseen liittyvissä tehtävissä.

Mutta ei hätää: kun hämärärotat viettivät seuraavat neljä viikkoa kirkkaassa valaistuksessa, niiden aivotoiminta ja suoriutuminen tehtävistä palautui täysin ennalleen.

Rottien ja ihmisten välillä on toki eroja, mutta tulos on sikäli huolestuttava, että amerikkalaiset viettävät keskimäärin 90 prosenttia ajasta sisätiloissa. Suomessa tilannetta voisi kuvitella heikentävän vielä pitkä ja pimeä talviaika, jolloin valon määrä on ulkosallakin vähäinen.

"Kun altistimme rotat vähäiselle valaistukselle, jolla jäljittelimme pilvisiä talvipäiviä ja tyypillistä sisävalaistusta, eläinten avaruudellinen oppiminen häiriintyi", toteaa Antonio Nunez, joka teki tutkimuksen yhdessä Lily Yanin ja Joel Solerin kanssa.

"Tilanne vastaa sitä, että ihmisillä voi olla vaikeuksia löytää autoaan täydestä parkkihallista vietettyään muutaman tunnin ostoskeskuksessa tai elokuvateatterissa."

Tutkimuksen mukaan himmeä valaistus vähensi neuronien välisten kytkösten kannalta tärkeän aivoperäisen hermokasvutekijän sekä yhtä lailla keskeisten tuojahaarakeväkästen määrää.

"Koska kytköksiä syntyi vähemmän, hippokampuksesta riippuvainen oppimiskyky ja muisti heikkenivät", Soler toteaa. "Himmeä valaistus tuottaa toisin sanoen tolloja."

Valaistuksen määrä ei kuitenkaan vaikuta suoraan hippokampukseen, vaan tekee sen kiertotietä. Toistaiseksi yksityiskohdista ei ole varmuutta, mutta tutkijoiden mukaan vastaus saattaa löytyä hypotalamuksesta, jossa muodostuu oreksiinia, moniin aivojen toimintoihin vaikuttavaa neuropeptidihormonia.

Jatkossa on tarkoitus selvittää, vaikuttaako oreksiinin antaminen hämärässä eläville rotille siten, että niiden suorituskyky palautuisi ilman altistusta kirkkaalle valolle. Jos niin on, siitä saattaa löytyä apu ikääntyvien ihmisten silmäsairauksiin, joiden seurauksena heidän kognitiiviset kykynsä ovat heikentyneet.

Hämärän vaikutuksista kerrottiin Michiganin valtionyliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Hippocampus-tiedelehdessä (maksullinen).

Kuva: Markus Hotakainen

Hypnoosi muuttaa aivojen tapaa käsitellä tietoa

Ke, 12/13/2017 - 22:47 Toimitus
Hypnotisoija (kuvituskuva)

Nyt se on varmaa: ainakin osalla ihmisistä hypnoosi muuttaa aivojen tapaa käsitellä tietoa.

Ruotsalaisen Skövde-yliopiston ja Turun yliopiston tutkijoiden yhteisessä tutkimuksessa hypnotisoitiin koehenkilöitä ja heille pyrittiin luomaan synestesian kaltaisia aistiyhdistelmiä, jossa henkilö esimerkiksi tietyn numeron kuullessaan liittää sen automaattisesti tietyn värin näkemiseen.

Tutkimuksen tulokset ilmestyivät juuri Scientific Reports -julkaisussa.

​Tutkimusryhmä havaitsi, että koetilanteessa hypnoosin aikana annetulla suggestiolla kyettiin saamaan pitkälle synestesiaa muistuttava ilmiö aikaiseksi. Mielenkiintoinen havainto oli, että hypnoosiherkät henkilöt voivat kuitenkin kokea annetut suggestiot hyvin eri lailla.

"Tulokset tukevat hypoteesia, että ainakin tietyillä henkilöillä hypnoosi muuttaa tapaa, jolla tietoa käsitellään aivoissa", kertoo tutkimusta johtanut  Sakari Kallio

Kallio toimii Turun yliopiston dosenttina ja on myös Skövden yliopiston kognitiivisen neurotieteen ja filosofian laitoksen johtaja.

Hänen mukaansa tutkimus vahvistaa ryhmän aiemmat tulokset, joiden perusteella hypnoottisten suggestioiden avulla voidaan saada aikaan jopa automaattisia hallusinaatioita.

Osallistujille annettiin hypnoosin aikana suggestio, että tietyt symbolit ovat aina tietyn värisiä (ympyrä on punainen, risti sininen ja neliö vihreä). 

Kokeessa tehtiin STROOP –typpinen nimeämistehtävä, joissa eri symboleiden värejä nimettiin mahdollisimman nopeasti. Koehenkilöiden suoritus kuvattiin videolle ja kokeen jälkeen he saivat kuvailla tehtävän aikaisia kokemuksiaan.

– Haastatteluissa kävi ilmi, että samat suggestiot aiheuttivat eri henkilöille hyvin erilaisia kokemuksia. Kaksi neljästä hypnoosiherkästä koehenkilöstä kertoi todella nähneensä nämä tietyt symbolit suggestion mukaan riippumatta minkä värisiä ne todella olivat. Heidän värien nimeämisnopeutensa sekä silmänliikeanalyysi tukivat tätä kokemusta. Ainoastaan toinen näistä koehenkilöistä muisti saaneensa tiettyjä symboleja koskevan suggestion. Kaksi muuta hypnoosiherkkää koehenkilöä eivät kokeneet värimuutoksia, mutta heillä oli huomattavia vaikeuksia nimetä symbolien todellisia värejä, Kallio kertoo.

Tutkimukseen osallistunut kontrolliryhmä pyrki simuloimaan suggestioiden vaikutusta eli nimeämään symboleja niin kuin he todella kokisivat suggestiossa annetut tiettyjen symbolien värimuutokset.

Tällainen muistamiseen perustuva strategioiden käyttö tuotti kuitenkin hyvin erilaisen tuloksen ja viittasi vahvasti siihen, että hypnoosin aikana annetut suggestiot tuottivat todellisia muutoksia havainnoissa ja tiedon prosessoinnissa.

Keskeinen metodologinen ero aikaisempiin tutkimuksiin oli, että hypnoositila luotiin ja peruutettiin hyvin nopeasti.

"Aikaisemmissa tutkimuksissa on tyypillisesti käytetty viidestä kymmeneen minuutin hypnoosiin johdattamista eli hypnoosi-induktioita", kertoo Kallio.

"Tässä tutkimuksessa hypnoosi indusoitiin laskemalla eteenpäin yhdestä kolmeen ja tila poistettiin laskemalla taaksepäin kolmesta yhteen. Kaikki tehtävät kuitenkin toteutettiin täysin normaalissa valvetilassa, ei siis hypnoositilassa, jota käytettiin vain värisuggestioiden antamisen aikana. Erittäin mielenkiintoista, että tällaisia automaattisia hallusinaatioita voidaan kokea myös posthypnoottisesti eli henkilöiden ollessa normaalissa valvetilassa."

*

Juttu on Turun yliopiston tiedote vain lievästi editoituna.

Empatia löydetty aivoista

Ti, 05/30/2017 - 12:46 Toimitus

Tuore tutkimus paljastaa, kuinka aivojen kivunlievitykseen osallistuva opioidijärjestelmä voi auttaa myös toisten kipuun eläytymisessä – siis empaattisuudessa.

Turun PET-keskuksen ja Aalto-yliopiston tutkijat ovat osoittaneet, kuinka aivojen opioidijärjestelmä voi säädellä empatiaa, eli kykyämme eläytyä toisten ihmisten kipuun.

Toisten ihmisten kivun havaitseminen aktivoi samoja aivojen radastoja, jotka osallistuvat varsinaisen kivun aistimiseen ja kokemiseen. Mitä vähemmän opioidireseptoreja tutkittavien aivoissa oli, sitä voimakkaammin heidän aivonsa reagoivat toisten kipuun. Vastaavaa yhteyttä ei löydetty aivojen dopamiinijärjestelmästä, vaikka se osallistuukin kipuaistimuksen käsittelemiseen aivoissa. 

"Kyky eläytyä toisten kokemusmaailmaan on tärkeä sosiaalista kanssakäymistä edistävä tekijä", kertoo tutkija Tomi Karjalainen Turun PET-keskuksesta. 

"Tuloksemme osoittavat, että aivojen opioidijärjestelmä on keskeinen mekanismi, joka auttaa toisten ihmisten tunteiden ja kokemusten ymmärtämisessä. Yksilölliset erot opioidijärjestelmän toiminnassa voivatkin selittää miksi jotkut meistä reagoivat voimakkaammin toisten ihmisten hätään."

"Kivun kokeminen ja toisten ihmisten kipuun eläytyminen perustuvat samaan aivojen välittäjäainejärjestelmään", jatkaa myös PET-keskuksessa työskentelevä professori Lauri Nummenmaa Turun yliopiston psykologian laitokselta. 

"Tämä voi selittää, miksi toisten ihmisten kivun ja hädän näkeminen tuntuu niin epämiellyttävältä.  Opioidireseptorien suuri määrä kuitenkin heikentää aivojen reagointia tällaisissa sosiaalisesti kuormittavissa tilanteissa. Opioidijärjestelmä voikin olla tärkeä sosiaaliselta stressiltä suojaava tekijä."

Cerebral Cortex -tiedelehdessä juuri julkaistu tutkimus tehtiin positroniemissiotomografian (PET) ja toiminnallisen magneettikuvantamisen (fMRI) avulla.

Tutkittavien verenkiertoon annosteltiin pieni määrä radioaktiivisia merkkiaineita, jotka sitoutuvat aivojen opioidi- ja dopamiinireseptoreihin. Merkkiaineiden hajoamista mitattiin PET-kameralla, minkä avulla voitiin määrittää reseptorien määrä aivoissa. Tämän jälkeen tutkittavien aivotoimintaa mitattiin fMRI-kokeessa, jossa he katselivat videoita, joissa ihmiset kokivat eri asteista kipua. 

Turun PET-keskus on Turun yliopiston, Åbo Akademin ja Turun yliopistollisen keskussairaalan yhteinen, valtakunnallinen tutkimuskeskus. Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia ja Euroopan tiedeneuvosto (ERC).

Suomalaislöytö: näin aivot säätelevät masennusta

Ma, 01/23/2017 - 20:26 Toimitus
Turun biotekniikan keskuksen Cell Image Core -yksikössä otettu kuva hippokampuksesta,

Jos tietäisimme, miten aivot säätelevät itse masennusta ja ahdistuneisuutta, voisi näiden nykyisin varsin yleisten sairauksien tai niitä oireina tuottavien sairauksien hoito olla helpompaa ja tehokkaampaa. Turun yliopistossa on otettu askel tähän suuntaan, joskin toistaiseksi vain hiirillä.

Turun yliopiston ja Åbo Akademin yhteisessä Turun biotekniikan keskuksessa työskentelevän Eleanor Coffeyn johtama tutkimusryhmä on havainnut, että aktiivisena ollessaan niin sanottu JNK-proteiini tukahduttaa uusien hermosolujen tuotannon aivojen hippokampuksessa, aivojen tunne-elämää säätelevässä osassa.

Tutkimustulos on julkaistiin viime vuoden puolella Molecular Psychiatry –lehdessä

JNK-proteiinin kaltaisten entsyymien tiedetään olevan tärkeässä osassa solujen sisäisessä viestinnässä, kun kyse on solun ympäristössä olevista stressitekijöistä. Tällaisia ovat esimerkiksi säteily, lämpötila tai tulehdukset.

Kun tutkijat estivät hiirillä JNK:n toimintaa, he onnistuivat edesauttamaan uusien hermosolujen syntymistä hippokampuksessa, ja sen myötä hiirien ahdistuneisuus sekä masennukseen liittyvä käyttäytymismuutos lieveni.

"Me tunnistimme uuden molekyylin, johon vaikuttaminen lievitti jyrsijöillä ahdistusta sekä masennukseen liittyvää käyttäytymistä", Coffey kertoo.

"Aiemmin tuntematon mekanismi tuo uutta tietoa siitä, miten aivot toimivat säädellessään mielialaa sekä osoittaa, että JNK-estäjä, jota käytimme tutkimuksessamme, saattaa tarjota uusia väyliä masennuksen ja ahdistuneisuushäiriön lääkityksen kehittämiseen."

Masennus ja ahdistuneisuushäiriö ovat maailmanlaajuisesti yksi merkittävimmistä työkyvyttömyyttä aiheuttava sekä elämänhallintaa heikentävä tekijä.

Monet potilaat eivät saa kuitenkaan nykyisistä hoitomuodoista apua.

Coffeyn mukaan tutkijoilla onkin jo pitkään ollut yhteinen käsitys siitä, että nykyhoitomuodoilla vastustuskykyisten masennuksen hoitamiseksi on ymmärrettävä nykyistä paremmin sairauksia aiheuttavia toimintamekanismeja.

Tutkijat käyttivät virustyökalua selvittääkseen, missä aivojen osassa JNK-estäjä vaikutti mielialaan. He havaitsivat, että molekyylin toiminta näkyi hippokampuksessa eli aivojen osassa, joka kontrolloi tunne-elämää ja oppimista.

Estäjä lievitti ahdistuneisuushäiriötä ja masennusta kontrolloimalla uusien hermosolujen syntymistä hippokampuksessa.

Coffeyn mukaan seuraava askel on jyrsijöillä tehtävien testien jatkaminen. Tutkijat selvittävät muun muassa, voisiko JNK-estäjä tukea jo käytössä olevien masennuslääkkeiden tehoa.

"Paljastimme tutkimuksellamme sekä uuden mekanismin että uuden estäjämolekyylin vaikutuksen. Seuraava askel on tutkia saatujen tietojen hyödyntämistä nykyisten lääkkeiden tukena. Jatkossa teemme kokeita, joissa annamme JNK-estäjää yhdessä tyypillisimpien masennuslääkkeiden kanssa ja sen jälkeen mittaamme hiirien käyttäytymismuutoksia."

Tutkijoiden käyttämä estäjä on jo kliinisessä koekäytössä  aivoinfarktin sekä kuulovamman hoidossa.

"Monet lääkealan yritykset ovat kehittäneet laajan joukon JNK-estäjiä. Aiemmin ei kuitenkaan ole tiedetty, että JNK säätelee myös tunnepohjaista käyttäytymistä", toteaa Coffey.

"Tutkimuksemme tärkein anti onkin, että JNK-estäjän käyttöä tulee harkita vakavasti myös ahdistuneisuushäiriön ja masennuksen hoidossa."

Coffeyn johtamassa tutkimuksessa oli mukana suomalaisia ja yhdysvaltalaisia tutkijoita. Tutkimusta ovat rahoittaneet Marie Curien Initial Training Network r’BIRTH, Suomen Akatemia, Turku Network in Molecular Biosciences sekä National Institute on Aging.

Juttu perustuu lähes suoraan Turun yliopiston julkaisemaanErja Hyytiäisen kirjoittamaan uutiseen.
Kuva: Turun biotekniikan keskus (kuvassa on suurennos hippokampuksesta)

Halpa aivokuvauslaite joka nurkkaan – aivohalvauksen tunnistus tulee tarkemmaksi ja nopeammaksi

Pe, 01/13/2017 - 09:21 Toimitus

Aivohalvaus on syynä noin 9 prosenttiin kuolemantapauksista Suomessa ja jättää aivovamman joka neljännelle siitä henkiin jääneelle. Mitä nopeammin aivohalvaus todetaan ja hoito voidaan aloittaa, sitä paremmat ovat selviytymismahdollisuudet.

Aivohalvaus johtuu joko veritulpan aiheuttamasta hapenpuutteesta tai verenvuodosta.

Näiden kahden vaihtoehdon aiheuttamat ulkoiset oireet ovat samat, mutta tarvittava hoito aivan vastakkainen: verenvuotopotilaalle ei esimerkiksi pidä antaa verta ohentavaa veritulppalääkitystä.

Siksi olisi siis tärkeää kyetä näkemään heti oireiden ilmettyä, kummasta vaihtoehdosta on kyse.

"Jos oikea hoito saadaan aloitettua nopeasti, mielellään jo ambulanssimatkalla, jopa täydellinen toipuminen on mahdollinen", sanoo teollisuusmatematiikan professori Samuli Siltanen Helsingin yliopistosta.

Edullinen kuvauslaite vaikkapa jokaiseen ambulanssiin

Oikean hoidon valitseminen on hankalaa, ja nykyään siihen vaaditaan suurella sairaalalaitteella tehtävä magneetti- tai tomografiakuvaus. 

Siltasen tutkimusprojektin tavoitteena on kehittää uusi, edullinen ja kannettava kuvauslaite. Siinä kuvaus perustuu harmittomien sähkövirtojen syöttämiseen aivoihin pään pinnalle asetettujen elektrodien kautta.

"Veren puute tietyllä aivoalueella johtaa matalaan sähkönjohtavuuteen, ja verenvuoto puolestaan korkeaan. Siksi sähköinen kuvantaminen on lupaava lähestymistapa tähän tarkoitukseen."

"Mittausten tulkinta on kuitenkin äärimmäisen vaativa matemaattinen tehtävä". 

Jane ja Aatos Erkon säätiö myönsi lähes miljoona euroa matematiikan professori Samuli Siltasen johtamalle aivoinfarktin sähköistä kuvantamista koskevalle tutkimuselle.

Tutkimuskonsortion muut osapuolet ovat professori Jari Hyttinen, bioimpedanssin ja fysiologisen mallintamisen asiantuntija Tampereen teknillisestä yliopistosta, ja professori Ville Kolehmainen, lääketieteellisen kuvantamisen asiantuntija Itä-Suomen yliopistosta.

Tietokonesimulaatio suunnitellusta kuvantamistavasta.
Tietokonesimulaatio suunnitellusta kuvantamistavasta. Vas. on simuloitu pää aivoineen. Punainen on karkeasti mallinnettu aivoverenvuoto. Keskellä ja oikealla on uudella menetelmällä tehdyt sähköisen kuvantamisen rekonstruktiot. Kyseessä ei siis ole potilaskuva. Kuva: Samuli Siltanen, Helsingin yliopisto

Juttu on Helsingin yliopiston tiedotte lievästi editoituna.

Video: Aivoihin mahtuu 10 kertaa oletettua enemmän muistoja

Jos pyhien jälkeen tuntuu siltä, että aivot junnaavat, eikä mikään tunnu pysyvän muistissa, niin kannattaa muistaa mitä aivotutkijat sanovat pääkoppamme sisällä olevan harmaan solumassan muistikapasiteetista.

Aivot tallentavat muistojamme aivoihin siten, että sähköiset impulssit kulkevat hermosolujen, eli neuronien läpi, ja kun  samanlaiset impulssit kulkevat toistuvasti tiettyjä hermoratoja pitkin, saavat ne aikaan sellaisia muutoksia aivoaineessa, että muisto jää talteen.

Yleistäen kyse on siitä, että aivoihin syntyy uusia muistiratoja; lapsilla niitä syntyy helposti, vanhemmilla vaikeammin, ja kaikilla olennaista on se, että muistirataa pitää harjoittaa.

Aivotutkijoiden mukaan aivoissamme on muistia “riittävästi”, ja tietokoneista tuttua muistikapasiteettia tivanneille ei ole ollut antaa tarkkaa vastausta.


Juttu jatkuu mainoksen jälkeen



Toissa vuonna eLifessä julkaistun artikkelin mukaan luku voisi petatavuluokassa, enemmän kuin 1015 tavua.

Kaliforniassa sijaitsevan, aivotutkimukseen erikoistuneen Salk-instituutin tutkijat ovat lähestyneet ongelmaa kartoittamalla tarkasti rotan aivot.

Instituutin tuoreen tiedotteen mukaan he huomasivat, että 10 prosentilla neuroneista oli kaksi synapsia, hermosolun toiseen hermosoluun liittävää kohtaa. 90 prosentilla neuroneista oli vain yksi synapsi.

Aiemmin olelettiin, että suurin osa synapseista oli pieniä, mutta niiden koko vaihtelisi hyvin paljon. 3D-kartoituksen mukaan kokovaihtelu oli paljon pienempää, vain 8 %, mutta synapseja oli kaikkiaan 26 eri tyylistä. Ne vaihtavat myös kokoaan tilanteen mukaan; oheinen video näyttää, miten tutkijoiden mukaan nämä neuronit ja synapsit toimivat.

Nähtävästi hermosolut toimivat yllättäen varsin epäluolettavasti: yhden solun läpi kulkeva signaali jatkaa toisessa eteenpäin vain 10-20 prosentissa tapauksista. Tutkijat ihmettelevätkin miten aivot voivat toimia niin tehokkaasti ja luotettavasti, vaikka sen hermosolut eivät ole lainkaan niin toimintavarmoja.

Salaisuus voi olla siinä, että synapsit mukautuvat koko ajan riippuen siitä, millaisia signaaleita ne saavat. Muutokset tapahtuvat pienissä synapseissa noin 20 minuutin välein ja suuremmissa parin minuutin välein.

Karkeasti arvioiden yksi synapsi vastaa noin 4,7 bitin muistikapasiteettia, joten jos saatua tulosta yleistetään ihmisen aivoihin, tarkoittaisi se sitä, että pääkoppamme sisällä voisi olla tuo yksi petatavullinen muistikapasiteettia. Tutkijat heittävät esiin myös toisen anaologian tietokoneisiin: aivot ovat erittäin tehokkaat, sillä niiden keskimääräinen teho on vain 20 W.

Ihmisen ja rotan aivot eivät ole luonnollisestikaan samanlaisia, vaikka niillä on paljon rakenteellisia yhtäläisyyksiä. Ihminen saa lisäetua siitä, että pystymme järjestelemään ja hankkimaan tietoa tietoisesti.

Tarkkaa lukuarvoa aivojen muistikapasiteetille on kuitenkin vaikea antaa, koska kyse on muistikapasiteetin mittaamistavasta ja aivoissa on eroja. Yleensä esitetty luku on 2,5 petatavua, mikä on linjassa tämän tutkimuksen kanssa, joskin luku voi olla suurempikin. Joka tapauksessa yksilöiden ihmisyksilöiden välillä on suria eroja, sillä aivojaan aktiivisesti käyttävien ja muistitekniikoita harjoittavien ihmisen muistikapasiteetti saattaa olla jopa viisinkertainen keskiarvoon verrattuna.

Aivothan ovat kuin lihas: niitä voi parantaa ja kehittää käyttämällä.