Viikkotehtävä 3 – hermostoista ja aisteista

Tehtävä 1: Lähde valitsemastasi lihaksesta seuraamaan liikesignaalia taaksepäin, ja kuvaa mistä hermoston rakenteista liikekäskyt tulevat. Mistä tahdonalainen liike mahtaa saada alkunsa?

Lähdetään liikkeelle oikean käden peukalon koukistajalihaksesta (abductor pollicis brevis, APB). Kuljetaan APB:tä hermottavaa $alpha$-motoneuronia pitkin selkäytimen etusarveen suoraan (kulkematta lähtöruudun tai ganglion kautta). Suora linkittyminen mahdollistaa suuremman signaalin etenemisnopeuden. Selkäytimessä kuljetaan kortikospinaalia rataa pitkin ylöspäin aivorungon kautta, kunnes saavutaan vasemmalle primaarille liikeaivokuorelle (M1), joka sijaitsee välittömästi keskiuurteen etupuolella. APB:n representaatio M1:llä sijainnee dorsaalisti muutaman sentin päässä aivojen keskilinjasta homunculuksen mukaisesti. Tarkempi sijainti voitaisiin tarkistaa esimerkiksi navigoidulla transkraniaalisella magneettistimulaatiolla.

Tahdonalainen liike voisi saada alkunsa esimerkiksi aistiärsykkeestä, joka puolestaan kulkisi esim peukalon pään paineherkistä (baroseptiivisistä) tuntohermopäätteistä sensorista rataa pitkin primaarille tuntoaivokuorelle, jolta on yhteyksiä liikeaivokuorelle. Toisaalta liike voi saada alkunsa ilman aistiärsykettä, esim. osana jotain sosiaalista prosessia (esim: tarjotaan sytkäriä viehättävälle tuntemattomalle röökaajalle). Tällöin viestin lähtöpaikka ja peukalon koukistusta edeltävä prosessointi on huomattavasti monimutkaisempi, varmasti emootioiden, moniaistisen tarkkaavaisuuden, arvojen ja inhibition sävyttämää surinaa. Ei siis mennä siihen.

Tehtävä 2. Kuinka eri aistinreseptorien ominaisuudet vaikuttavat siihen, millaista tietoa ympäristöstä poimitaan, kuinka aivot sitä käsittelevät, ja miten havaitsemme ympäristömme? Antakaa esimerkkejä.

Aistinsolut ovat “erikoistuneet” lukemaan tiettyjä ominaisuuksia ympäristöstämme. Esimerkiksi solukalvon venyessä ionikanavien läpäisevyys muuttuu, mikä voi johtaa sensorisen tiedon lähettämiseen periferiasta osastolle. Tällaisia mekanismeja on sekä paineherkillä että kipuherkillä tuntohermosoluilla. Näköaistisolut puolestaan aktivoituvat tietyllä aallonpituusväleillä, mitkä ovat muotoutuneet (mahdollisen?) evoluution aikana. Tässä ei oteta kantaa viimeiseksi mainittuun (jatketaan evoluutiokeskustelua kommenteissa; lähteet vaaditaan). Esimerkiksi näkyvän valon alueella näköpigmentin konformaatio muuttuu, mikä johtaa aktiopotentiaaliin ja edelleen signaalin välittymiseen näkörataa pitkin. Lisäksi kehon tilasta informaatiota aivoihin signaloivat kipureseptorit, tasapainoreseptorit (mekanoreseptoreita) ja lämpöä mittaavat aistinreseptorit. Jos kehon tila muuttuu äkillisesti esimerkiksi sormen osuessa sytkärin liekkiin, vaaratilanteesta on poistuttu ennen kuin aivot saavat tiedon tapahtuneesta kortikospinaalirataa pitkin. Refleksikaaren aktivoituessa tuntohermo välittää tiedon takajuuren kautta takasarveen, mistä signaali hyppää suoraan etusarveen ja alfamotoneuronin kautta edelleen poikittaiseen lihakseen; esimerkissämme kädenkoukistaja siirtää käden pois liekiltä.

Loppujen lopuksi meille on siis kehittynyt eri tapoja saada informaatiota ympäristöstä, josta on ollut meille lajina hyötyä. Se miten havaitsemme ympäristömme on luonnollisesti monimutkainen prosessi, johon vaikuttaa aisteista koko yksilön ajalta kertynyt informaatio sopivasti suodatettuna.

Tehtävä 3. Minkälaisiin näköärsykkeiden ominaisuuksiin erikoistuneita alueita aivokuorelta löytyy ja missä ne sijaitsevat? Millaisia yhteyksiä näiden alueiden välillä on ja kuinka ne heijastavat näköinformaation käsittelyn järjestymistä aivoissa? Tukevatko omat kokemuksesi näkökentän eri piirteiden käsittelyn tiukkaa eriyttämistä?

Näköinformaation prosessointi gangliosolujen jälkeen voidaan jakaa primäärisen näköaivokuoreen aivojen takaraivolohkossa (V1/BA17), muihin näköaivokuoren osiin, (V2-V5/BA17,BA18), sekä assosiatiivisiin näköalueisiin päälakilohkossa. V1 lähettää signaalit eteenpäin V2-V5:een jatkokäsittelyyn ja edelleen V2-V5 ovat kytkeytyneet muihin alueisiin. Tietoa prosessoidaan monella alueella samanaikaisesti, mikä mahdollistaa tehokkaan rinnakkaislaskennan. V1:n kerroksissa on muun muassa suunta-, liikesuunta- sekä muotoherkkiä soluja. Esimerkiksi V5 on erikoistunut nimenomaan liikkeeseen, V3 orientaatioon. Näköaivokuorelta löytyy esimerkiksi väriherkkiä soluja, joilla on pienet reseptiiviset kentät, sekä värisokeita soluja, joilla on suuret reseptiiviset kentät ja kontrastiherkkyys. Esimerkiksi värien vakioisuutta havainnoimaan tarvitaan soluja, joilla on suuri reseptiivinen kenttä. Tällaisia soluja on löydetty V4:ltä, muttei V1:ltä. Lisäksi tietovirrat ovat eriytyneet aivoissa niin, että leesion jälkeen esimerkiksi liikkeiden tunnistaminen ei enää onnistu, vaikka näköinformaatiota muuten havaitaankin normaalisti. Vastaavia ominaisuuksia ovat esimerkiksi värit. Käytännössä ainakaan ryhmänjäsenet eivät havaitse tällaista eriytymistä, koska siitä ei meille varmaankaan olisi mitään hyötyä. Kuriositeettina assosiatiivisilta alueilta on neulaelektroditutkimuksissa löydetty spesifisiä lokaaleja neuronipopulaatioita, jotka laukovat vain tietynlaisille näköärsykkeille. Esimerkiksi löydettiin soluja, jotka reagoivat vain Jennifer Anistonin kuviin (http://www.nature.com/nature/journal/v435/n7045/abs/nature03687.html) . Tämä solupopulaatio ei reagoinut muihin henkilöihin tai asioihin. Näinkin spesifejä soluja aivoistamme siis löytyy.

Lähteet:

– Nature – Jennifer Aniston cells: http://www.nature.com/nature/journal/v435/n7045/abs/nature03687.html

– Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Spinal_cord, viitattu 17.4.2012

– kurssin kalvosetti: etsi itse

– kurssin pruju: ks. edellinen