Aistit ja motoriikka 3.4.2012

Ihmisen kuuloaisti toimii 15-20 000 Hz taajuusalueella ja pystyy erottamaan toisistaan noin 3400 00 erilaista äänisignaalia. Kuuloaisti pystyy myös erottamaan mikrosekunttien eron äänisignaalin saapumisajassa korvien välillä. Tämä on oleellista äänen tulosuunnan päättelyä varten vaakatasossa. Aivot hyödyntävät myös eri taajuuksien vaimenevuuseroja suunnan, etäisyyden ja nopeuden päättelyyn.

Itse kuulojärjestelmän toimintaperiaate yksinkertainen. Tärykalvo siirtää värähtelyn kuuloluita pitkin nesteeseen,  josta taajusherkät karvasolut välittävät äänihavainnon aivoihin. Sisemmät karvasolut aistivat voimakkaampia ääniä ja vahvistavat heikompia ääniä ulompia karvasoluja varten, jotka käsittelevät hiljaisia ääniä. Karvasolut ovat hermosoluja, joiden kalium-kanavat aukeavat, kun niiden päät koskettavat tektoraalista kalvoa.

Kuulosta opittiin lähinnä korvan rakennetta, mutta itse siihen liittyvästä aivotoiminnasta ei paljoa. Näköaistista sen sijaan jäi enemmän mieleen.

Kummankin silmän verkkokalvolla on noin 100 miljoonaa valoherkkää aistisolua. Näistä saadun signaalin käsittelyn voi jakaa kahteen vaiheeseen. Alempi taso on hierarkinen järjestelmä. Sen verkkokalvolta tulevat yhteydet konvergoituvat, tuottaen paljosta datasta tiiviimpää. Jokainen alikerros havaitsee jonkin piirteen saadusta signaalista. Verkkokalvon ganglionisolut reagoivat vain valaistuseroon;  on-solut laukovat kun niiden vastealueen keskusta on valaistu ja ympärys pimeä,  ja off-solut päinvastoin.

Kortikaaliset yksinkertaiset solut taas detektoivat ganglionisolujen tuottamista kuvioista raitoja niiden asennon perusteella. Kompleksiset solut havaitsevat myös raitoja, mutta suodattavat paikkariippuvuuden. Toisessa järjestelmässä taas kuvan eri aspektit jakautuvat eri tietovirroiksi, esimerkiksi väriksi ja liikkeeksi, joita käsittelevät parvo- ja magnosolusysteemit. Värikin tulkitaan on/off tyyppisillä soluilla, joissa väriero keskustan ja ympäristön välillä on olennainen.

Motorinen järjestelmä on hierarkinen, tieto kulkee ylhäältä alaspäin,  informaatiota palaa aistien kautta takaisin. Liikkeiden suunnittelu tapahtuu aivokuorella, noin päälakilohkon takaosissa. Hienosäätöä vaativat lihasryhmät, kuten kasvot ja kädet, saavat merkittävästi enemmän tilaa aivokuorelta.  Sieltä informaation kulku menee keskiaivoihin ja aivorunkoon, jossa alfa- ja gammamotoneuronien kautta itse liikkeet toteutetaan. Liikkeitä voidaan ohjata myös suoraan selkärangan hermostosta, joka reflekseinä tai aloitetun liikkeen mekaanisena ylläpitämisenä vuorotellen laukeavista hermosoluista muodostuvan rytmigeneraattorin avulla.