Luento 8: Neurokoodauksesta ja aivotoiminnan häiriöistä

Luennolla käsiteltiin eri tapoja, joilla aivot koodaavat viestejä aktiopotentiaaleista, sekä sitä millä eri tavoilla ihmisen aivot voivat mennä epäkuntoon ja alkaa toimia viallisesti.

Yleistä signanoinnista:

Biologisessa systeemissä signaloinnille keskeisiä suureita ovat: signaloinnin nopeus (siirretyn datan määrä) ja vasteaika (siirtoviive). Signaalin siirtämän datan määrää voidaan arvioida Shannon entropian avulla – signaalissa oleva ei-ennustettavan asian määrä vastaa signaalin informaatiosisältöä. Koska signalointi tapahtuu pääosin sähköisesti – aktiopotentiaaleilla –, ei yksittäisen pulssin voimakkuuksissa ole eroja. Tämä rajaa käytettävissä olevien koodausmenetelmien määrää.

Koodauksesta:

Yksinkertaisin koodausmuoto on taajuuskoodaus, jossa hermoista lähtevän impulssin taajuus ilmaisee vasteen kovuuden. Tätä koodausmuotoa havaitaan mm. iholla paineen havaitsemiseen. Mitä suurempi paine, sitä suurempi taajuus. Taajuuskoodauksen suurin heikkous on vähäinen informaation määrä: yksi aktiopotentiaali kestää noin 5–10 ms, joten aktiopotentiaalinen maksimitaajuus on enintään 100–200 Hz, ja taajuuden täsmälliseksi määrittämiseksi tulee mitata useita aktiopotentiaaleja – ideaalisessa maailmassa vähintään kaksi todellisuudessa huomattavasti enemmän –; tästä syystä taajuuskoodattu signaali ei voi kuljettaa paljoakaan informaatiota aikayksikkä kohden (biologisilla signalointitaajuuksilla).

Laukomissekvenssi on toinen tapa koodata viestejä, tässä tavassa tietty ärsyke laukaisee saman impulssisekvenssin. Tätä koodaustapaa on havaittu mm. hyönteisten hajukeskuksessa.

Solujen identiteettiin perustuva signalointi – vertaa taas kerran pinnalle noussut Jennifer Aniston solu ( http://www.nature.com/nature/journal/v435/n7045/full/nature03687.html ) – tämä koodausmenetelmä tarkoittaa siis sitä, että kullekin käsitteelle on varattu yksi sille omittu solu, joka signaloi vain näissä yhteyksissä. Tämä ei siis missään nimessä tarkoita sitä, että vain tämä yksi solu reagoisi tähän ärsykkeeseen. Esimerkiksi henkilön tunnistamisen lisäksi ainakin kasvonilmeisiin reagoivat alueet aktivoituvat – kuten myös muun kehon asennon havainnoivat alueet sekä (mahdollisen) liikkeen havainnoivat alueet.

Solun ja kohdesolun suhteeseen perustuva koodaus; signaalin suhde taustatoimintaan – esimerkiksi missä vaiheessa aivojen alpha-rytmiä aktiopotentiaalit lähtevät; solupopulaation koodaus (tässä vaiheessa luento meni aivan liian nopeasti – siitä tuli suuri listaus erilaisista koodausmenetelmistä, joista mihinkään ei syvennytty minkään vertaa). Yhteenvetona signaloinnista voimme kuitenkin päätellä sen, että signaalien koodaus tapahtuu usealla eri tavalla, joista me emme tunne kuin pienen pintaraapaisun.

Sairauksista:

Ihmisen aivot voivat alkaa toimia hyvin monella eri tavalla viallisesti, nämä vikatilat useimmiten jaetaan kahteen eri luokkaan psykiatrisiin ja neurologisiin.

Neurologiset taudit ovat rakenteellisia häiriöitä, jotka voivat johtua mm. geneettisistä tekiöistä, kasvaimista sekä verenkierron häiriöistä johtuvista aivojen hapenpuutteesta.

Epilepsia on hyvä esimerkki neurologisesta taudista. (tai oikeastaan yli 40:stä eri syndroomasta) Epilepsiassa aivot joutuvat hallitsemattomaan sähköiseen purkaustilaan, joka ilmenee monilla eri tavoin. Tunnetuin lienee hallitsematon lihasten kouristelu, mutta epilepsiaa ilmenee myös poissaolokohtauksina.

Psykiatriset sairaudet nykyisin tulkitaan Biopsykososiaalisina kokonaisuuksina, eli niihin vaikuttavat sekä aivojen rakenne, sosiaaliset suhteet että henkilön oma psyyke.

Psykiatrisista sairauksista tunnetuin lienee masennus. Masennusta pystytään hoitamaan monella eri tapaa, joista käy hyvin selväksi sairauden Biopsykososiaalinen pohja. Biologisesti lääkettä voidaan hoitaa sekä sähköstimulaatiota aivoihin johtamalla. Kuitenkin myös psykoterapialla on huomattu olevan positiivisia vaikutuksia masentuneisiin potilaisiin.