5. viikkotehtävä: aivojen yhteyksistä ja niiden vaurioista

1. Monet arkisetkin tehtävät on jaettu eri aivoalueiden kesken. Tällöin niiden välisten yhteyksien häiriintyminen saattaa johtaa helpohkosti tunnistettaviin käyttäytymisen ongelmiin. Nykyisin ajatellaan monienkin aivosairauksien johtuvan ainakin osittain ongelmista erilaisissa hermostollisissa yhteyksissä. Oheisessa kuvassa on esitetty neljä ns. klassista johtumisperäistä sairautta (dysconnection syndromes). Selvittäkää kuinka nämä ongelmat ilmenevät, mikä rakenteellinen yhteys (minkälaisten toiminnallisten alueiden välillä) häiriintyy, ja kuinka yhteyden vaurioituminen johtaa kuvattuun toiminnan häiriöön.

CONDUCTION APHASIA

Siitä kärsivä ymmärtää hyvin esimerkiksi lukemansa, puhuu sujuvasti ja pystyy ilmaisemaan itseään puheella ilman ongelmia, mutta ei pysty toistamaan kuulemiaan sanoja. Jos henkilö kuulee muutaman sanan, hän ei pysty toistamaan kuulemaansa kunnolla, koska sanoja korvautuu ja sanoja ja äänteitä jää pois. Henkilö saattaa kuitenkin pystyä toistamaan esimerkiksi substantiiveja.

Leesio arcuare fasciculus alueella saa aikaan konduktio afaasiaa, ja sen oireet johtuvat siitä, että leesio katkaisee Brocan alueen ja Wernicken alueen väliset yhteydet.

Lähteet:

  • Bear, M.F., Connors, B.W., Paradiso, M.A., Neuroscience – Exploring the Brain, Lippincot Williams & Wilkins, 2007, ss. 626-627.

VISUAL AGNOSIA

Agnosiasta kärsivä henkilö ei pysty tunnistamaan esineitä vaikka tunnistuskykyjen pitäisi olla kunnossa. Visuaalisesta agnosiasta kärsivä henkilö ei pysty ymmärtää näkemäänsä, vaikka näköaistissa ei ole vikaa. Visuaalinen agnosia johtuu leesioista takaraivolohkon kuorella (occipital cortex). Mikäli tämä leesio katkaisee dorsaalisen tai ventraalisen yhteyden parietaali- tai temporaalilohkolle, jää visuaalisen informaation käsittely tavallaan kesken: primäärinen näköaivokuori “näkee jonkin asian”, mutta muiden näköaivokuoren osien jäädessä vaille tätä informaatiota ei tulkinta ole enää kunnollista (vrt. viikkotehtävän 3 kohta 3: https://blogs.aalto.fi/kemistienaivot/2012/04/17/3-viikkotehtava-liiketta-aisteja-ja-nakoa/). Vauriot eri kohdissa vaikuttaa agnosian muotoon.

Visuaalisen agnosian tyyppejä on erilaisia. Esimerkiksi kasvosokeudessa (prosopagnosia) henkilö tunnistaa kasvot kasvoiksi mutta ei pysty tunnistamaan, kenelle kasvot kuuluvat. Kasvojen tunnistus tapahtuu FFA- (fusiform face area) ja OFA -alueilla (occipital face area). Jos henkilö ei pysty tunnistamaan esineitä, esimerkiksi työkaluja tai hedelmiä, on vaurioita voinut tapahtua pihtipoimuissa tai ohimopoimuissa (Agnosia for objects). Muita visuaalisen agnosian muotoja ovat esimerkiksi sanasokeus (Agnosia for words, pure alexia), väriagnosia (Color agnosia), jossa henkilö ei pysty nimeämään eri värejä ja agnosian muoto, jossa henkilö ei pysty tunnistamaan useampaa objektia kerralla (Simultanagnosia).

Lähteet:

APRAXIA

Apraksia on vaikeus suorittaa taitoa vaativia tahdonalaisia liikkeitä, vaikka tähän vaadittavat lihakset olisivat kunnossa. Apraksia ilmenee useissa erilaisissa muodoissa, esimerkiksi jotkut apraksiasta kärsivät ihmiset eivät pysty toteuttamaan halutessaan kasvojen lihaksia vaativia liikkeitä, esimerkiksi nuolla huuliaan (orofacial apraxia). Apraksia voi vaikuttaa myös puheeseen, jolloin henkilön on vaikeaa liikuttaa suutaan ja kieltään puhuakseen.

Aivovaurio päälaenlohkoille, erityisesti dominoivalle aivopuoliskolle, voi aiheuttaa apraksiaa.
Apraxian syynä voisi olla yhteyksien katkeaminen motoorisen korteksin eri alueiden välillä, jolloin prefrontaalikorteksissa ja postreiorisella parietaalikorteksilla tapahtuva liikkeiden suunnittelu (seuraustenkin ajattelu) ei enää yhdisty primääriselle liikeaivokuorelle, mikä puolestaan on vastuussa liikkeiden toteuttamisesta. Lisäksi aivokurkiaisen vaurioituminen vaikeuttaa eri puolien välistä yhteyttä ja koordinaatiota, kun esim. vasemman ja oikean käden kontrollointi ei enää pysty toimimaan yhdessä.

Apraksioista yleisin on ideomotorinen apraksia, joka voi johtua esimerkiksi vasemman aivopuoliskon otsalohkon vauriosta. Tällaisen vaurion seurauksena potilaalla yleensä havaitaan myös afasiaa, koska vaurio on yhteydessä kielellisiin toimintoihin.

Lähteet:

PURE ALEXIA

Eli vakava lukemishäiriö: Jotkin potilaat lukevat sanoja kirjain kirjaimelta, jolloin lukemisaika pitenee huomattavasti. Toiset potilaat eivät pysty ollenkaan lukemaan sanoja. Häiriöt yleensä johtuvat leesioista vasemman puoleisella posteriorisella aivokuorella. Tämä leesio voi katkaista sekä yhteyksiä näköaivokuorella, jolloin muotojen monimutkaisempi hahmottaminen vaikeutuu (kukin kirjain pitää tulkita erikseen, eikä pelkkä sanan “muoto” nopeampana lukukeinona enää toimi). Toisaalta myös yhteydet kielellisille alueille (Broca, Wernicke) saattavat vahingoittua, jolloin luetun ymmärtäminen vaikeutuu.

Lähteet:

2. Monien luonnollisten ja myös keinotekoisten systeemien on havaittu noudattavan ns. small-world verkostorakennetta. Mitkä ovat tällaisen verkoston tunnusmerkit? Mitä hyötyä aivoille voisi olla sellaisesta rakenteesta?

Small-world verkosto koostuu tiiviistä paikallisista “kimpuista” tai “klikeistä”, joilla on yhteyksiä naapuri “solmuihin”. Yhteydet eivät ole välttämättä suoria, vaan tapahtuvat muutaman väliyhteyden/hypyn kautta. Yhteyksien vuoksi mihinkään solmuun “ei ole pitkä matka”. Varmaankin tunnetuin esimerkki suuren mittakaavan small-world -verkostoista on Stanley Milgramin 1967 julkaisema tutkimus, jonka perusteella USA:ssa satunnaisesti valitut ihmiset erotti keskimäärin vain kuuden ihmisen ketju.

Aivoille on hyötyä tästä rakenteesta, koska small-world topologia pystyy toimimaan segregoiduissa/spesialisoiduissa sekä jaotelluissa/integroiduissa informaation prosessointiympäristöissä. Small-world verkostorakenne olisi aivoille myös siinä mielessä taloudellinen, että se on tehokas sekä globaalissa että lokaalissa informaation yhtäaikaisessa prosessoinnissa.

Luultavasti tämä rakenne on syntynyt aivoihin evoluution seuraksena, jolloin on maksimoitu kompleksisuus, muovautuvuus sekä minimoitu “kulut”.

Lähteet: