3. viikkotehtävä: liikettä, aisteja ja näköä

1. Lähde valitsemastasi lihaksesta seuraamaan liikesignaalia taaksepäin, ja kuvaa mistä hermoston rakenteista liikekäskyt tulevat. Mistä tahdonalainen liike mahtaa saada alkunsa?

Hauiksen lihassoluista lähtee aksoneita.Useat aksonit yhtyvät muodostaen etujuuria (ventral roots), jotka ovat kiinni keskushermoston motoneuronissa joka sijaitsee cervical enlargement alueella selkäytimessä. Selkäydintä pitkin tieto liikkeestä viedään takaisin isoaivokuorelle.

Tahdonalainen liike voidaan ajatella lähtevän primääriseltä aivokuorelta. Jos kyseessä on tarkka liike, kuten esimerkiksi esineen siirto, liike lähtee Brodmannin alueelta 4. Jos kyseessä on massaliike, kuten käsien heiluttelu tai tasapainon pitäminen, liikkekäskyt lähtevät alueilta 6 ja 8. Toisaalta voidaan myös ajatella, että tahdonalainen liike lähtisi alunperin supplementaariselta motoriselta aivokuorelta, koska siellä tapahtuu liikkeiden suunnittelu.

Lähteet:
– Ilmoniemi R., Ihmisaivojen rakenne ja toiminta, oheismateriaalia kurssiin Johdatus ihmisaivojen rakenteeseen ja toimintaan , kevät 2010
– Bear, M.F., Connors, B.W., Paradiso, M.A., Neuroscience – Exploring the Brain, Lippincot Williams & Wilkins,  2007, ss. 424-428.

2. Kuinka eri aistinreseptorien ominaisuudet vaikuttavat siihen, millaista tietoa ympäristöstä poimitaan, kuinka aivot sitä käsittelevät, ja miten havaitsemme ympäristömme? Antakaa esimerkkejä.

Eri aistinreseptorit toimivat eri tavoin. Esimerkiksi hajun ja maun aistimukset syntyvät eri molekyylien vaikutuksesta, tuntoaistimus solukalvon venymisestä ja kuuloaistimus basilaarikalvon värähtelystä.

Ihminen tunnistaa viisi eri makua ja näistä karvas maku voidaan tunnistaa jo hyvin pienistä konsentraatioista. Karvaan maun tunnistaminen onkin ollut tärkeää, koska se on yleensä varoittanut myrkyllisestä ruoasta. Lisäksi haju- ja makuaistimus toimivat usein yhdessä: tukkoisella nenällä makuja ei pysty erottamaan samalla tavalla kuin normaalisti. Yhden aistimuksen hetkellinen poissulkeminen voi siis heikentää muita aisteja. Lisäksi makujen konsentraatioiden kasvaminen voi kuitenkin aiheuttaa sen, että makureseptorit eivät enää ole niin spesifisiä eri mauille. Virheellistä tietoa aistimuksista voi syntyä myös esimerkiksi kun tuntoreseptorien aiheuttama aistimus heikkenee ärsytyksen jatkuessa pitkään.

Vaikka ihminen voi haistaa monta sataa tuhatta erilaista ainetta, on esimerkiksi koiralla huomattavasti tarkempi hajuaisti ja se voi tunnistaa ne muutamat molekyylit, jotka ovat jääneet maahan joltain, joka on kävellyt paikalla tunteja sitten. Lisäksi ihmisen pimeänäkö on huomattavasti huonompi kuin esimerkiksi kissalla.

Aivot käsittelevät eri mauista saatuja ärsykkeitä ja tällöin ihminen voi reagoida eri makuihin esimerkiksi syljen erityksellä ja nielemisellä. Tuntoaistimus taas voi saada aikaan esimerkiksi asennon vaihtamisen. Kuuloaistimuksessa voidaan äänenvaihteluiden ja taajuusmuutosten avulla tunnistaa puhetta.

Oleellista on myöskin aivojen kyky yhdistellä eri aisteista saatavaa tietoa. Tämä tapahtuu aivokuoren assosiaatioalueilla. Lisäksi myös muisti ilmeisesti vaikuttaa aistimuksiin siten, että opittuja skeemoja käytetään aistien tulkintaan ja näiden skeemojen mukaiset odotukset saattavat jopa vääristää aistimuksia tai aikaansaada valheellisia aistimuksia (esim. harhaäänien kuuleminen jne.). Yksi esimerkki tästä on luennollakin näytetty dalmatialaisen kuva valko-mustaläikikkäällä taustalla – jos kuvan on nähnyt, niin koiran erottaa helposti, jos taas ei, näkee kuvassa lähinnä kohinaa.

Kaikkia ympäristön muutoksia ei kuitenkaan pysty asitimaan: esimerkiksi hiilidioksidin pitoisuuden nousua hengitysilmassa ei pysty aistimaan suoraan vaan muutos havaitaan väsymyksenä.

Lähteet:
– Ilmoniemi R., Ihmisaivojen rakenne ja toiminta, oheismateriaalia kurssiin Johdatus ihmisaivojen rakenteeseen ja toimintaan , kevät 2010
– Bear, M.F., Connors, B.W., Paradiso, M.A., Neuroscience – Exploring the Brain, Lippincot Williams & Wilkins,  2007, ss. 252-267.

3. Minkälaisiin näköärsykkeiden ominaisuuksiin erikoistuneita alueita aivokuorelta löytyy ja missä ne sijaitsevat? Millaisia yhteyksiä näiden alueiden välillä on ja kuinka ne heijastavat näköinformaation käsittelyn järjestymistä aivoissa? Tukevatko omat visuaaliset kokemuksesi piirteiden käsittelyn tiukkaa eriyttämistä?

Aivokuorelta löytyy useita eri tyyppisiin ärsykkeisiin suhteelisen spesifisti reagoivia alueita (täällä on yksi kuva näiden alueiden sijainnista: http://thebrain.mcgill.ca/flash/a/a_02/a_02_cr/a_02_cr_vis/a_02_cr_vis.html#3)

Primäärisellä näköaivokuorella (striate cortex, V1) on ainakin orientaatiospesifejä “pylväitä” (suuntapylväs, orientation column), jotka kulkevat läpi kerrosten II-VI. Lisäksi kerroksessa IVB on soluja, jotka havaitsevat ärsykkeen liikkeen suunnan reseptiivisessä kentässä (vasemmalta oikealle tai päinvastoin). Lisäksi V1:llä on ns. yksinkertaisia soluja (simple cells), jotka havaitsevat ärsykkeen sijaintia reseptiivisessä kentässä (receptive field). Kompleksit solut (complex cells) puolestaan eivät reagoi ärsykkeen sijaintiin yhtä herkästi, mutta ovat orientaatioherkkiä. Primäärisellä aivokuorella on myös kerroksessa IVC sekä läiskissä/blobeissa (cytochrome oxidase blobs) on väriä aistivia soluja.

Primääriseltä näköaivokuorelta lähtee kaksi pääyhteyttä muihin näköaivokuoreen liittyviin alueisiin: dorsaalinen ja ventraalinen. Dorsaalinen johtaa kohti parietaalilohkoa mm. alueisiin MT (kohteen liike) ja MST (mutkikkaammat kohteen liikkeet: radiaalinen, ympyräradalla tapahtuva liike). Ventraalinen yhteys johtaa kohti temporaalilohkoa, mm. alueisiin V4 (muodon tunnistaminen, värit) ja IT (värit, abstraktit muodot, kasvot).

Näköinformaatio retinalta saapuu LNG:n kautta ensin primääriselle aivokuorelle ja sieltä edelleen eri kerroksista muille näköaivokuoren alueille. Eri tyyppiset havainnot retinan tuottamasta datasta tehdään selkeästi eri puolilla aivoja ja voimakkaasti jakautuneena yhdenkin aivoalueen sisällä (kerrokset, pylväsrakenne). Yhtäältä siis näköinformaatiota analysoidaan ilmeisestikin paralleelisti, mutta toisaalta myös hierarkisesti, kun informaatio kulkee eri alueiden läpi ja esimerkiksi V1:ssä voidaan tunnistaa kohteen asento, MST-alueella tarkempi liikerata, V4:ssä värejä ja IT-alueessa vieläpä kohde kasvoiksi.

Lähteet:
– Bear, M.F., Connors, B.W., Paradiso, M.A., Neuroscience – Exploring the Brain, Lippincot Williams & Wilkins,  2007, ss. 310-337.
– Ilmoniemi R., Ihmisaivojen rakenne ja toiminta, oheismateriaalia kurssiin Johdatus ihmisaivojen rakenteeseen ja toimintaan , kevät 2010