Oppimispäiväkirja luennolta 7: Neuraalinen koodaus sekä aivotoiminnan häiriöt

3.5. pidetty luento käsitteli vielä kerran aktiopotentiaalia, mutta tällä kertaa aktiopotentiaalien joukkoja ja taajuuksia, ja niiden aiheuttamia variaatioita siirrettävään informaatioon. Luennolla käytiin läpi myös pääpiirteisesti yleisimmät neurologiset ja psykologiset sairaudet, sekä tarkoituksena oli käsitellä myös unta, joka jää kiireellisen aikataulun vuoksi kuitenkin seuraavan luennon asiaksi.

Luento aloitettiin vertauksella Baabelin torniin, jossa kaikki yrittävät kommunikoida keskenään, mutta kukaan ei ymmärrä sanaakaan, jolloin tornin rakentamista ei voitu suorittaa. Tästä päästiinkin vauhdikkaasti hermostolliseen muovautumiseen, minkä kerrottiin olevan tärkeää solujen toistensa ymmärtämisen, eli kommunikoinnin kannalta. Aktiopotentiaalien signaali informaatio voidaan Shannonin informaatioteorian mukaan koodata mikrobiologiassa seuraavanlailla:

Matemaattisia malleja on muitakin, mutta on hyvin mielenkiintoista, miten tarkasti niitä voidaan soveltaa myös biologisessa hermotutkimuksessa. Tästä päästiin myös toiseen matemaattiseen ja mielenkiintoiseen ilmiöön; taajuuskoodaukseen. Taajuuskoodauksessa hermojen lähettämien aktiopotentiaalien taajuus eli tiheys vaikuttaa signaalien tulkintaan aivoissa. Esimerkiksi lievässä ja voimakkaassa kivussa voi olla aktivoituneena samat hermosolut, mutta voimakkaammassa kivussa aktiopotentiaaleja lauotaan tiheämpään tahtiin. Systeemi toimii ikään kuin morsetus, jossa viesti kulkee yhtä kaapelia pitkin, mutta signaalin tiheys ratkaisee lopullisen informaation. Vertailukohteena kipuun käytettiin myös hajuaistia, jossa aistinsolu laukoo tietyn koodisekvenssin riippuen ärsykkeestä, eli aromillisesta molekyylistä.

Koodaustiheyttä ehkä mielenkiintoisempi luennolla mainittu asia oli populaatiokoodaus, eli useiden eri hermosolujen yhdessä laukomat aktiopotentiaalit yksittäisten sijaan. Tällä tavoin voidaan välittää informaatiota useista eri ärsykkeistä. Populaatiokoodaus myös vähentää herkkyyttä solujen epäideaalisuuksille. Koodausta on tämän lisäksi myös soluidentiteettiin pohjautuen, eli eri neuronien herkkyyseroja hyödyntävää koodausta

Mielenkiintoisena seikkana luennolla mainittiin myös termi “phase-of-firing”-koodaus liittyen aivojen aikakoordinattomuuteen. Aivoissa ei liene siis luennoitsijan tietojen mukaan absoluuttista aikakoordinaattia, mutta esimerkiksi rytminen taustatoiminta toimii aina suhteellisena aikana. Luennoitsija siirtyi tästä biologisen synkronian syntyyn, ja luokitteli sen vuorovaikutuksiin perustuvaan, sekä keskusjohtoiseen synkronisaatioon. Heti perään luentosalissa istuvia hän pyysi sulkemaan silmänsä ja taputtamaan. Aplodit tasoittuivat synkronisiksi huomaamattamme, mikä on ihmisaivojen tiedostamatonta synkronisaatiotoimintaa. Palautteena kurssin vetäjille mainittakoon, että tämä oli loistava interaktiivinen osuus ja opetusmenetelmä luennolla, joka aktivoi muun aineksen ohella.

Luennolla puhuttiin myös konstruktiivisesta havaitsemisesta, jossa kokonaisuus on jotain muuta kuin sen osien summa gestalt-sääntöjä noudattaen. Itsepiirretyn esimerkin gestalt-kuvasta voi nähdä edellisessä blogissamme. Lisäksi luennoitsija puhui yleisesti tulkittavuudesta, ja totesi, että jokaisella meistä on eri maailmankuva, ja samatkin tilanteet muistetaan aina eri tavalla.

Lopuksi käytiin vielä läpi aivojen patologisuutta, joiden kustannusten kerrottiin olevan maailmanlaajuisesti suuria. Aivojen patologisuudesta lähes poikkeuksetta elämänlaatu kärsii, ja sairauksien kirjo on hyvin laaja. Vakavasti ja pysyvästi sairastuneita kerrottiin olevan maailmalla satoja miljoonia. Sairauksien aiheuttajia on useita, joita saimme pohtia pienryhmissä luentotauon aikana. Tauon jälkeen kerättiin listaa, ja aiheuttajiksi lueteltiin muun muassa ympäristökemikaalit, perinnölliset syyt, verenkierron ongelmat, kehityksen aikaiset häiriöt, fyysiset onnettomuudet ja bakteeri-, sieni- ja virusperäiset infektiot. Syy voi olla myös kehon sisäinen häiriö tai mutaatio, kuten syöpäkasvain.

Tauteja ja toimintahäiriöitä luennolla käytiin lävitse pääpiirteittäin. Muutamina näistä mainittiin aivoverenkiertohäiriö, eli aivoinfarktit, jotka johtavat hapenpuutteeseen aivoissa. Tämä voi haitata esimerkiksi motoriikkaa, näköä tai puhetta pysyvästi. Ehkäisyvinkiksi luennoitsija antoi terveelliset elämäntavat.

Luennoitsija puhui myös Alzheimerin taudista, joka johtuu yleensä aivojen rappeutumisesta ikääntyvillä. Taudin perimmäinen syy ei kuitenkaan ole nykypäiväänkään mennessä vielä selvinnyt. Ongelmia tauti voi aiheuttaa esimerkiksi muistissa, oppimisessa, liikkumisessa ja puheessa. Monien vanhusten taudiksi todettiin myös Parkinsonin tauti, joka johtuu aivojen dopamiinia tuottavien neuronien kuolemisesta. Tauti kuitenkin etenee yksilöllisesti, ja voi aiheuttaa lepovapinaa eli käsien tärinää levossa, dementiaa, ja lihasjäykkyyttä sekä liikkeiden säätelyn häiriöitä.

Kaikissa ikäluokissa esiintyvän epilepsian kerrottiin olevan kroonista sähköisten aktiivisuuksien purkautumista aivoissa. Tällä siis tarkoitetaan aivohermoston hallitsematonta aktiopotentiaalien laukomis”myrskyä”. Epilepsiankin todettiin olevan hyvin tapauskohtainen oireiltaan, mutta kohtaukset on luokiteltu pääpiirteittäin osittaisiin ja yleistyneisiin kohtauksiin voimakkuuden ja kohtauksen alaisten aivoalueiden mukaan. Kohtauksen voi laukaista monet eri tekijät, kuten kehon fysiologiset tekijät, ihmismielen psyykkiset tekijät, tai kehon ulkoiset ärsykkeet.

Luennolla käytiin lävitse myös itselleni kokonaan uusi tauti, MS-tauti, eli multippeliskleroosi. Kyseessä on keskushermoston pesäkekovettumatauti, joka on demyelinisaation aiheuttama tulehdus. Taudin katsotaan olevan autoimmuuniperäinen, sillä keho hyökkää taudissa itseään kohtaan omilla vasta-aineillaan. Vaurioituneet aksonit voivat oireilla aistihäiriöinä, kipuna ja motoristisina häiriöinä. Toisena itselleni uutena tautina luennolla puhuttiin myös Amyotrofisesta lateraaliskleroosista, eli ALS-taudista. Taudin kerrottiin olevan liikehermojen rappeumatauti, joka johtaa aivokuoren, aivorungon ja selkäytimen progressiiviseen rappeumaan. Taudin saaneille elinajanodote on alle viisi vuotta, mutta poikkeuksiakin maailmasta löytyy.

Odotettavasti luennoitsijan puheeksi tuli myös ADHD (Attention deficit hyperactivity desease). Tautia löytyy omasta lähisuvustanikin, mutta yhä on keskustelun aihe, onko ADHD edes sairaus. Luennoitsija kuitenkin totesi ADHD:n olevan kehityshäiriö, jossa esiintyy ylivilkkautta ja keskittymisongelmia. Taudin voi havaita normaalisti ennen seitsemän vuoden ikää, ja se usein altistaa ongelmille myöhemmässä iässä. Tautia kerrottiin hoidettavan hieman yllättäen stimulanteilla, vaikka potilaiden luulisi olevan jo ylistimuloituneita. Luennoitsija mainitsi lyhyesti tauteina myös autismin ja Aspergerin syndrooman.

Myös ahdistuneisuushäiriöitä, mielialahäiriöitä ja riippuvuuksia käsiteltiin kiireellisesti luennon loppupuolella. Ahdistuneisuushäiriöiden kerrottiin olevan tiedostettuja suhteettomia pelkoja. Näitä voi olla esimerkiksi erilaiset fobiat, pakkomielteet ja posttraumaattinen stressi. Ahdistuneisuushäiriöitä kerrottiin hoidettavan nykypäivänä lääkkeillä ja psykoterapialla. Mielialahäiriöistä esimerkkeinä mainittiin kaikille varmasti käsitteenä tuttu depressio eli masentuneisuus ja skitsofrenia, jonka oireita on harhaluulot, jatkuvat aistiharhat ja yhteisön kriteereillä outo käytös.

Kuten jo blogimme aloituspostauksessa totesimme, on aivojen patologisuus ja aivosairaudet meitä yksi kaikista eniten kiehtova seikka. Luennoitsija mainitsi, että nykyisin aivotoiminnan häiriöitä hoidetaan biologisesti lääkkeillä ja myös psykologisesti terapialla. Meitä taas kiinnostaa alan tulevaisuus, entä jos tauteja voitaisiin hoitaa myös muilla tekniikan sovelluksilla? Viime kesänä Belgiassa opiskellessani yritysvierailulla esiteltiin ihmisen sisälle asennettavaa hermostimulaattoria, jonka avulla pelkkää Vegas-hermoa stimuloimalla pystyttiin ehkäisemään alkava epilepsiakohtaus lähes puolissa tutkimuksen potilaissa. Vastaavanlaiset sovellukset tulevat todennäköisesti laajentumaan muillekin aivoalan tutkimus- ja markkina-aloille, ja itse tahdon olla silloin paikalla.