Neuraalista koodausta ja hermostollisia häiriöitä

Luennolla 3.5. palattiin takaisin kurssin alkupuolella käsiteltyihin aktiopotentiaaleihin, ja käsiteltiin hieman tarkemmin erilaisia lakennallisia menetelmiä, joilla aktiopotentiaaleilla voitaisiin välittää monimutkaista informaatiota. Eräs aktiopotentiaalien käsittelyssä huomioitava asia on hermosolujen epäideaalinen toiminta, josta seuraa kohinaa signaaleihin: hermosolut eivät aina lauo aktiopotentiaaleja silloin kuin pitäisi, ja joskus ne voivat laukoa satunnaisia spontaaneja aktiopotentiaaleja ilman varsinaista syytä. Laskennallisesti näkökulmasta kohinan vaikutusta voidaan vähentää käyttämällä rinnakkaisesti hermoverkossa useaa kanavaa, jolloin kohinan vaikutus tilastollisesti vähenee.

Aktiopotentiaalien laukeamisaikojen suhteen aktiopotentiaaleja voidaan mallintaa taajuuskoodauksen ja sekvenssikoodauksen avulla. Taajuuskoodauksessa merkittävä tekijä on solun laukomien aktiopotentiaalien määrä aikayksikköä kohden, jolloin tiedonsiirtokapasiteetti on suoraan suhteessa suurimpaan mahdolliseen laukomistaajuuteen. Sekvenssikoodauksessa peräkkäisten aktiopotentiaalien lähetysajat vaihtelevat, jolloin potentiaalinen tiedonsiirtokapasiteetti kasvaa huomattavasti (2 potenssin [suurin mahdollinen laukomistaajuus]). Erilaisten koodausmekanismien avulla yksittäinen solu voi reagoida eri tavoin erilaisiin ärsykkeisiin, esimerkiksi hajuaistin reseptorisolu voi reagoida useanlaisiin molekyyleihin, ja laukaista jokaiselle erilaisen vasteen.

Aivotoiminnan häiriöt voidaan jakaa neurologisiin ja psykiatrisiin ongelmiin. Neurologiset häiriöt vaikuttavat suoraan hermoston rakenteeseen, ja niitä hoidetaan ensisijaisesti lääkinnän ja/tai fysioterapian avulla. Psykiatristen ongelmien hoitoon käytetään lääkityksen lisäksi myös terapeuttisia menetelmiä, joilla pyritään korjaamaan opittua vastetta ongelmiin.

Neurologisista häiriöiden syyt voivat olla esimerkiksi perinnöllisiä, autoimmuniteettijärjestelmän aiheuttamia tai ulkoisesta vammasta seuraavia. Eräitä luennolla käsiteltyjä tauteja olivat Parkinsonin tauti, jossa dopamiinin tuotannon heikkeneminen johtaa ongelmiin liikkeiden hallinnassa, MS-tauti eli multippeliskleroosi, jossa autoimmuniteettijärjestelmän virheet johtavat hermosolujen myeliinirakenteen heikkenemiseen, ja ADHD-keskittymishäiriö. Suuren riskin aivoille muodostavat myös verenkierron häiriöt, kuten verisuonen tukos aivoissa (johtaa hapenpuutteeseen) tai valtimorepeämä.

Psykiatristen häiriöiden eräitä pääluokkia ovat erilaiset ahdistushäiriöt, mielialahäiriöt, addiktiot eli riippuvuushäiriöt, skitsofrenia ja psykoosit. Ahdistushäiriöissä, kuten paniikkihäiriössä ja erilaisissa fobioissa, henkilö kärsii ylettömän voimakkaasta pelkoreaktiosta tietyissä olosuhteissa. Mielialahäiriöissä tunne-elämän säätely häiriintyy, tyypillisiä tällaisia häiriöitä ovat masennus ja bipolaarinen oireyhtymä (aiemmalta nimeltä maanis-depressiivisyys). Skitsofreniahäiriöissä henkilö kärsii jonkinasteisesta persoonallisuuden hajoamisesta, kun taas psykoosit liittyvät todellisuudentajun osittaiseen
katoamiseen.