Viikkotehtävä 3

1.) Hermoston seuraaminen lihassoluun

Haluttaessa liikuttaa esimerkiksi isovarvasta, hermosto tarvitsee ensin käskyn liikkeiden suunnittelusta ja valmistelusta vastaavalta aivojen liikeaivokuorelta. Täältä signaali siirtyy tyvitumakkeisiin, jotka antavat hermostolle käskyt varsinaisten liikkeiden aloittamiseksi ja lopettamiseksi.

Aloitetun liikkeen ohjaus, ajoitus ja hienosäätö tapahtuu keskiaivoissa ja pikkuaivoissa (näiden tarkka työnjako jäi yrityksestä huolimatta meille hieman epäselväksi, jos joku pystyy osoittamaan tarkempia lähteitä aiheesta niin olemme iloisia). Varsinaisen liikesignaalin ohjaus aivoista lihakseen
tapahtuu selkäydintä pitkin, joka pystyy myös mekaanisesti ylläpitämään aloitettua liikettä rytmigeneraattorin avulla (esimerkiksi heiluttamaan varvasta edestakaisin).

2.) Aistinreseptorien ominaisuuksista

a.) Näköaisti: reagoi ympäristön emittoimaan tai heijastamaan sähkömagneettiseen säteilyyn 400-700 nm aallonpituusalueella. Harvat pinnat luontaisesti emittoivat valoa, joten pääasiassa näköaisti vaatii ulkoisen valonlähteen (aurinko tai keinovalo), jonka heijastumista voidaan havainnoida. Eri kohteita voidaan erotella niiden heijastaman valon spektrin tuottaman värihavainnon perusteella, hyvin alhaisessa valaistuksessa hämäränäkö ei tosin erota värejä vaan kohteiden vaaleuden. Valoa heijastamattomat pinnat havaitaan mustina.

Näköaistin toimintaa rajoittaa näkökentän kapeus, ainoastaan pieni alue ympäristöstä voidaan kerrallaan havaita sen avulla. Näköaisti kerää myös suuren määrän signaaleja, joista täytyy pystyä poimimaan olennainen – tämä vaatii runsaasti prosessointia aivoissa. Yhdistämällä kahden erillisen silmän signaalit saadaan muodostettua syvyysnäkö, jonka  perusteella voidaan muodostaa tehokkaita avaruudellisia malleja ympäristöstä.

b.) Kuuloaisti: reagoi ilmassa etenevään mekaaniseen värähtelyyn 15-20 000 Hz taajuusalueella. Kuuloaistin havaintokynnys on noin 20 mikropascalin paineenmuutos. Värähtelyn saa tyypillisesti aikaan liike, joten kuulohavainnot kertovat ympäristössä tapahtuvista muutoksista. Kuuloaistia voidaan myös tietoisesti käyttää viestintään yksilöiden välillä puheen avulla. Aivoissa kuuloaistimuksessa pyritään keskittymään tärkeimpiin signaaleihin, ja suodattaa pois  taustakohinaa. Äkilliset, yllättävät äänet todennäköisesti vetävät huomiota puoleensa. Yhdistämällä kahden eri korvan havainnot
saadaan aikaan syvyyskuulo, jonka avulla voidaan paikantaa äänen tulosuunta.

c.) Hajuaisti: reagoi ilmassa oleviin kemiallisiin yhdisteisiin, ja kertoo siten ympäristön kemiallisesta rakenteesta.  Nenässä on iso joukko erilaisia reseptoreja, ja lopullinen aistihavainto riippuu siitä, minkä reseptorijoukon ärsyke laukaisee. Hajuaisti voi erotella hyvin suuren määrän erilaisia ärsykkeitä. Kuitenkaan kaikkia yhdisteitä ei pysytä havaitsemaan (esim. hiilimonoksidi eli häkä). Hajuaistilla voidaan esimerkiksi paikantaa ravinnonlähteitä, tosin ihmisen hajuaisti on tässä suhteessa huomattavasti heikompi kuin monilla muilla nisäkkäillä. Hajuaisti ei myöskään reagoi yhtäläisesti kaikkeen reseptorien havaitsemaan, vaan voimakkaammat hajut voivat peittää toisten hajusignaalien havaitsemista.

d.) Makuaisti: reagoi kemiallisiin yhdisteisiin ja kertoo ravinnon kemiallisesta rakenteesta. Viisi eri perusmakua: makea, suolainen, hapan, karvas ja umami. Ensisijainen tehtävä antaa tietoa siitä, sopiiko jokin ympäristöstä löydetty ainesosa ravinnoksi. Aivot eivät tyydy pelkästään  passiivisesti aistimaan makuja, vaan tiettyjä makuja saatetaan tietoisesti etsiä olosuhteiden mukaan (esimerkiksi saattaa tehdä mieli suolaista tai makeaa ruokaa). Makuaisti ja hajuaisti ovat läheisesti toisiinsa liittyviä, monet makuina koetut asiat ovat osittain hajuaistimuksia.

e.) Tuntoaisti: mittaa ihon painetta ja lämpötilaa koko kehon alueella. Kipuraja ylittyy, jos aistinsolujen lämpötila ylittää 42 C. Voidaan myös tuntea pintarakenteita (sileyttä/karkeutta). Tuntoaisti voi laukaista refleksejä selkäytimessä ja auttaa motoriikan ohjaamisessa. Tuntoaistin avulla voidaan myös muodostaa avaruudellinen malli ympäristöstä esimerkiksi tunnustelemalla pimeää tilaa.

3.) Näköärsykkeiden ominaisuuksista ja niiden käsittelystä

Näköaivokuorelta löytyy soluja, jotka reagoivat näköärsykkeessä esiintyviin rajalinjojen ja niiden suuntiin, ja osa näistä reagoi erikseen linjojen liikkeeseen tiettyyn suuntaan. Lisäksi on soluja, jotka reagoivat tiettyihin valon aallonpituusalueisiin, tai näiden välillä esiintyviin kontrasteihin. Nämä sijaitsevat aivokuorella kerroksissa V ja VI.

Eri solujen ominaisuuksia yhdistämällä voidaan muodostaa hermostollisia havaintoratoja, jotka pystyvät seuraamaan liikkuvaa kohdetta, ohjaamaan omia liikkeitä, mallintamaan yksityiskohtia tai havaitsemaan värejä.

Makrotasolla omat kokemukseni eivät vahvista käsitystä eri osa-alueiden tiukasta erillisyydestä. Näköaistin huomiokyky voi olosuhteista riippuen kohdistua monen eri tekijän perusteella – esimerkiksi pelkkä liike ei takaa huomion kiinnittymistä, vaikka liike usein on voimakas osatekijä. Näköaisti pyrkii kuitenkin ottamaan huomioon kohteen kaikki ominaisuudet arvioidessaan sen tärkeyttä.