Kallon alta

PÄÄJUTTU (2/14) | Ensin liha kuriin, sitten voi alkaa säätää päätä. Aivojen treenaaminen ei ole enää sen oudompi ajatus kuin pilates tai maraton.

Vasemman ja oikean aivopuoliskon välinen keskustelu vilkastuu viulutunneilla, ja vanhukset kumartuvat kiikkutuoleissaan ristikoiden ylle. Vielä 1970-luvulla aivojen kehitys kuitenkin ajateltiin jokseenkin omalakiseksi ja automaattiseksi, kognitiotieteen dosentti Minna Huotilainen muistuttaa.

Nyt iso osa aivotieteestäkin liittyy elämäntapoihin, vaikkapa juuri maratonien vaikutuksiin, tai lemmikin paijaamiseen, kieltenopiskeluun ja liian lyhyisiin öihin. Tutkijat selvittävät, miten valintamme vaikuttavat aivojen kemikaaleihin ja niiden eri solukoihin: solumääriin sekä neuronien eli hermoimpulsseja välittävien solujen keskinäisiin yhteyksiin.

ELÄVÄÄ KUVAA | Aivojen tapahtumien seuraamisen tekniikat ovat kehittyneet räjähtäen. Onpa puhe rakkaudenhuumasta tai Alzheimerista, tarinaa saa terästetyksi digitaalisella kallokuvalla, jossa milloin mitkäkin aivoalueet sykkivät punaista: täällä tapahtuu! Niin sanotun toiminnallisen aivokuvantamisen historia on kuitenkin lyhyt, vasta kolmen vuosikymmenen mittainen.

Suurimmat aivoarvoitukset liittyvät aivojen osien väliseen viestintään. Spesialistit tietävät, missä vaikkapa liike- tai muotoanalyysit tapahtuvat. Mysteeriksi jää, miten analyysien tulokset yhdistyvät. Nämä aivoalueet kun eivät tiedä toistensa tiedoista.

YLELLINEN UPPOUTUMINEN | Vuoropuhelut aivoissa eivät ole vain teoreettinen ongelma. Oman mielen säätelemisen taidosta on yhtäkkiä tullut ratkaiseva hyvinvointikysymys, Huotilainen määrittelee.

Pään sisältä ei nimittäin löydy mitään moniajosta huolehtivaa keskusta, jonka voisi virittää palvelemaan pirstaleista digielämäntapaa. Tietoinen keskittyminen ja tarkkaavuuden tahattomat harharetket kuormittavat aivan samoja aivoalueita, päällekkäin. Sähellyksen vastainen taistelu on vaativaa.

Yliopiston lääkärit, biotieteilijät, psykologit ja pedagogit kertovat tarkemmin, mitä kallon alta on hiljattain löytynyt.

 

TOVERIN NAHOISSA

Yhteydenpito mullistuu, kun vauva ensi kertaa vastaa hymyyn. Toisten tuntemuksiin virittäytyminen on leijonanosa ihmisyydestä.

Toverin nahkoihin asettumisen fysiologia alkoi paljastua Parman yliopistolla 1990-luvulla. Neurotieteilijät huomasivat, että makakin tietyt aivosolut aktivoituvat samalla tapaa, ojentaapa se itse kättään kohti rusinaa tai seuraa vierestä vastaavaa kädenojennusta. Tämä samastuminen tai empatia vaikuttaa niin tunteisiin kuin fysiikkaan: iloa ja pelkoa, säpsähdyksiä ja kipua toisen puolesta. Taito on synnynnäinen eikä edellytä tietoista ponnistelua.  

Ihmisillä näitä peilisoluja on monessa kohtaa aivoja, muun muassa otsalohkon liikealueilla ja ohimolohkossa. Pieni osa niistä toimii näön lisäksi myös kuuloaistimusten perusteella.

Peilisolut ovat varsin fiksu kuvastin, enemmän kuin imitoijia. Ne täydentävät havaintoa, jos osa tapahtumasta jää näkemättä, ja reagoivat siihen, mikä on vasta tapahtumaisillaan. Vauva tosin joutuu odottamaan noin vuoden ikään asti ennen kuin oppii reagoimaan muiden liikkeisiin ennakoiden.

Tutkijat selvittelevät parhaillaan peilisolujen vaikutusta lajihistoriaamme. Olisiko jopa kieli syntynyt peilausmekanismin kautta? Niin kutsuttu puheen havaitsemisen motorinen teoria esittää, että ihminen tunnistaa puheen pikemminkin sitä motorisesti simuloimalla kuin akustisten piirteiden perusteella.

Peilaamiseen ja puhumiseen käytetään samoja aivojen osia, Brocan aluetta otsalohkossa. Alun perin, apinoilla, sen vastuulla oli seurata käsien ja kasvojen liikkeitä. Kun aivot harjaantuivat tässä työssä, samat hermosolut saivat lisäurakaksi äänen käsittelyn.

Hymy mullistaa vauvan yhteydenpidon.

Peilisolujen ansiosta hymy tarttuu, kuten myös inhonväristykset. Peilisoluteoria myös kytkee tiettyjä kehon liikkeitä ja puheen äänteitä toisiinsa. kytköksen evoluutiotaustaa ja mekanismeja selvitellään parhaillaan. Yliopistonlehtori Lari Vainio kumppaneineen kirjoitti Helsingissä tehdyistä löydöistä PLOS ONE -lehteen viime vuonna.

Kytky näkyi myös psykologiopiskelijoiden Ilkka Järvisen, Seppo Karin, Ilkka Muukkosen ja Juuso Ojaniemen tutkimuksissa: heidän kokeensa osoittivat, että aivoissamme on yhteys sormien pinsettiotteesta äänteisiin, jotka lausutaan kielen kärkeä käyttäen. Vastaavasti vaikkapa tavun ka lausuminen nopeuttaa käden viemistä puristusotteeseen.

 

KOHTU OPETTAA

Lastenvalmennuskulttuuri on karannut käsistä. Ei riitä, että naperot kerhoissaan treenaavat uran varalle, vaan sikiöaikakin pitää käyttää hyödyksi ja syytää syntymättömälle klassista musiikkia, kirjallisuusresitaatioita ja vieraita kieliä. Joissakin kauhukertomuksissa konnana on piiskuriäiti Kaukoidästä, toisissa uratykkivanhemmat Yhdysvalloista.

Kiinnostus sikiön oppimiskykyä kohtaan toi kuluneen vuoden aikana julkisuutta myös Helsingin yliopiston aivotutkijoille. Yksi kansainvälisen lehdistön pyörittelemä nimi on Eino Partanen. Insinööriksi alkujaan opiskellut Partanen puolusti marraskuussa psykologian väitöskirjaansa, joka kertoo aivojen tavasta havaita puheen piirteitä. Partanen on syventynyt nimenomaan kuuloon, mutta sikiö oppii myös muiden aistien avulla.

— Vastasyntynyt voi olla vaikkapa suuri valkosipulin ystävä, Partasen väitöstyön ohjaaja, insinööritieteistä kognitiotieteeseen niin ikään loikannut Minna Huotilainen sanoo.

— Äidin ruuasta kertyy sikiöveteen makuaineita, tieteellisemmin sanoen estereitä, jotka tulevat vettä hengittävälle ja nielevälle lapselle tutuiksi. Ranskalaistutkimusten mukaan näillä tutuilla mauilla terästetty maito on vauvalle mieluista.

PAREMPAA TERAPIAA | Äänimaisemasta Huotilainen poimii esiin perheen koiran. Sikiö tottuu sen rähäköintiin niin, että tuskin alkaa parkua tuttua haukkua syntymänsä jälkeenkään.

Kohdussa kelluvan aivot oppivat myös puheäänten tunnistamista. Partasen väitös osoittaa, että sikiöt oppivat erottamaan äänenkorkeuksien hienopiirteisimpiäkin muutoksia.

Oppimisvalmius liittyy vauvoille hyödyllisiin perustaitoihin. Niiden on viisasta tunnistaa tulevan elinympäristön arkiäänet ja etenkin rekisteröidä korkeudenmuutoksia aikuisten laulunsävyisessä hoivapuheessa. Näillä muutoksilla aikuiset nimittäin tietämättäänkin korostavat eräitä muita puheensa piirteitä. Niitä, jotka lapsen on pikapuolin otettava haltuun.

Partanen on kehittänyt menetelmiä, joilla äänten havaitsemiseen liittyvistä aivotapahtumista saa entistä tarkemman kuvan. Seuraava houkutteleva askel olisi käyttää tietoa terapioiden kehittämiseen.

— Ainakin lukihäiriön varhaista kuntouttamista oikein suunnitellun puheen, musiikin ja laulun avulla olisi hyvä tutkia. Laulussa äänenkorkeuksien ja muiden puheen piirteiden havaitseminen kulkevat käsi kädessä.

ÄLLISTYTTÄVÄ MUISTI | Suurinta huomiota tutkija herätti kokeilla, joissa sikiöitä viihdytettiin toistuvasti Tuiki tuiki tähtönen -laululla. PLOS ONEssa alkujaan julkaistuista tuloksista kertoivat maailman lehdet Guardianista Washington Postiin ja Science Dailyyn.

Kun Partanen soitti tähtilaulua koevauvoille taas pian niiden syntymän jälkeen ja vielä uudelleen neljän kuukauden jälkeen, aivokäyristä saattoi lukea selkeän viestin.  Vauvat tunnistivat kappaleen.

— Ihminen siis muistaa sikiönä oppimansa kauemmin kuin on kuviteltu, Partanen tiivistää.

 

KÄSITYÖ JA ÄLYN KOTI

Lihasten ja aivojen yhteydet toimivat muusikoilla aivan eri vaihteella kuin keskivertopäänkäyttäjällä. Muusikon tunnistaa myös kuuloaivokuoren keskimääräistä paksummista kohdista ja erityisestä poimuisuudesta. Heidän ominaislaatuaan on tutkittu paljon ja aivan erityisesti Suomessa.

Nyt Helsingin yliopiston tutkijat ovat päättäneet porautua käsitöitä aktiivisesti harrastavien ihmisten aivoihin. Käsitöiden terapeuttisista vaikutuksista on jo näyttöä, mutta miltä näyttävät virkkuumestarin aivokuvat?

Valmiiksi tiedetään, että käsiään käyttävän ihmisen aivokuoresta aktivoituu huomattavan iso osa. Aivokuori on se paljon puhuttu, harmaa, kolmimillinen kerros, ”älyn koti”, joka ryppyisenä peittää isoaivoja: tulkitsee aistimuksia, synnyttää ajatuksia, ratkaisee ongelmia, suunnittelee, muodostaa ja varastoi muistoja ja säätelee tahdonalaisia liikkeitä.

Käsitöitä tehdessä etenkin tuntoaivokuorella käy valtava vilske. Myös aivojen liikejärjestelmä työskentelee monipuolisesti, monipuolisemmin kuin vaikkapa viulistin treenatessa.

AISTIMUKSET VETRISTÄVÄT | Yhden kiinnostavan suunnan alullaan oleville tutkimuksille viitoittavat rotilla tehdyt deprivaatiokokeet, kertoo kognitiotieteen dosentti Minna Huotilainen. Näissä testeissä jyrsijöille aiheutetaan aistimuspula pukemalla niille tuntoärsykkeitä vaimentavat töppöset. Pula panee eläimet etsimään kadonneiden aistimusten sijalle uusia. Ne alkavat kehittää itselleen haamuärsykkeitä ja lopulta käyttäytyä kaikin puolin sekavasti. Ihmiset ovat käyttäneet sensorista deprivaatiota kidutuskeinona.

Tämän pahoinvoinnin kääntöpuoli voi hyvinkin olla, että aivojen helliminen käsitöihin liittyvillä väri-, materiaali- ja tuntoaistimuksilla parantaa oloa ja toimintakykyä. Toiminnanohjauksesta vastaava alue otsalohkossa vetristyy.

STRESSI LAUKEAA | Niille onnekkaille, joilla käsitöihin yhdistyy lämpimiä muistoja, kudin tai virkkaaminen on hyvä apu, kun edessä on vaativa oppimis- tai ymmärtämisurakka, Huotilainen sanoo. Jos omaksuttava asia on kimurantti ja kaupanpäällisiksi vielä esitetty vaikkapa vieraskielisenä luentona, puikkojen heiluttelu auttaa. Käsityö imee puoleensa juuri sopivan siivun huomiosta niin, että pingotus laukeaa. Rennompana ymmärtää paremmin. Automatisoituneita käsityörutiineja pyörittävä limbinen järjestelmä ja mutkikkaammista ponnistuksista vastaava aivokuori ruksuttavat somasti rinnakkain.

— Kiireinen, sirpaleinen aikamme kasaa aivokuorelle työtä ja vaatii ihmiseltä huimaa keskittymisen kykyä, jos aikoo välttää ylikuormittumisen. Olen miettinyt, että nuorille pitäisi alkaa opettaa palautumista: stressin ehkäisemistä ja laukaisemista. Tässäkin käsityöt voisivat auttaa.

Miltä näyttävät kutojamestarin aivot?

Kädet ovat oppimisen väline paljossa muussakin kuin varsinaisissa käsitöissä, myös aivan abstrakteissa taidoissa. Matematiikka alkaa hahmottua, kun lapsi laskee palloja tai palikoita sormella tunnustellen. Vähitellen näistä liikkeistä ja tuntemuksista kehkeytyy ajattelua, päässälaskua.

KROPPAOPPEJA | Minna Huotilainen osallistuu Handling Mind -tutkimushankkeeseen Työterveyslaitoksen tutkijaprofessorina. Hän on ponnekas taitoaineiden kouluopetuksen kannattaja.

— Käsin tekemisen ja sisältöoppimisen yhdistämistä kannattaisi kokeilla, vaikkapa kertotaulua virkkaamalla.

Kehollista oppimista, luovuutta, muotoilua ja niihin liittyviä aivomekanismeja tutkivaa hanketta rahoittaa Suomen Akatemia. Siitä odotetaan konkreettista apua terapioiden ja opetuksen kehittämiseen. Helsingin yliopistosta hankkeeseen osallistuu etupäässä opettajankoulutuslaitoksen tutkijoita.

YHDESSÄ | Laumaelämä on ollut yksi määräävimmistä asioista aivojemme kehityksessä. On arvokasta, jos aivojen arkirääkin vastapainoksi tarkoitettu rentoutuminen voi tapahtua ainakin osin porukassa, vaikka laulukuorossa tai käsityöpiirissä. Rauhan tunne voimistuu, kun imemme sitä peilisoluilla myös ympärillä nautiskelevista.

Niin ikään yhteisöllinen suunnittelu on aivan eri prosessi kuin suunnittelutyö sinällään. Käsityötieteen yliopistonlehtori Henna Lahti tutkii aihetta Handling Mindissa. Parhaillaan hänen ryhmänsä analysoi videotallenteita, joissa käsityönopettajaksi opiskelevien pienryhmät suunnittelevat 3D-palapelejä näkövammaisten lasten käyttöön.

 

SOLUN OKASTEN ARMOILLA

Hermosolujen haarakkeiden nystyt paljastavat aivojen kunnon, kertoo Pirta Hotulainen, joka johtaa Viikin kampuksella yhtä Neurotieteen tutkimuskeskuksen laboratorioista.

Tai itse asiassa tutkijat eivät puhu nystyistä vaan okasista, joita on esimerkiksi autismista kärsivällä liikaa ja Alzheimer-potilaalla auttamattoman vähän. Normaalielämän käänteissä yksittäisiä okasia tulee ja menee. Oppiminen on niiden syntyä, vahvistumista ja turhien karsiutumista.

Okasten muokkaamista on jo kokeiltu rotilla, Hotulainen kertoo. Tutkimusten avulla toivottavasti hahmottuu, kuinka eri aivosairauksien ja oppimisvaikeuksien hoito pitäisi kohdistaa.

KALLIS JA KAVALA | Toistaiseksi lääkärit ovat hapertuvien aivojen edessä avuttomia.

— Alzheimer-potilaalle ei ole tarjota toivoa paremmasta. Tauti etenee kuin juna, sanoo Hotulaisen naapurilaboratorion tutkija Henri Huttunen, joka tekee kiinteää yhteistyötä lääketeollisuuden kanssa.

— Ennätykselliset sata Alzheimer-lääke-ehdokasta on ehtinyt edetä viimeisen vaiheen potilaskokeisiin asti, mutta mistään ei ole lopulta löytynyt tehoa. Vielä pitkään jatkossakin pystymme vain lievittämään oireita.

Ennätyksellisiä ovat myös aivosairauksien kustannukset. EU käyttää niiden hoitoon vuosittain 800 miljardia.

— Jos dementia olisi kansantalous, se olisi yhtä suuri kuin Turkki tai Indonesia eli kuuluisi maailman 20 suurimman talouden joukkoon. Ja se on kuitenkin vain yksi aivosairaus, Huttunen vertailee.

Aivoja syöviin tauteihin puuttumista vaikeuttaa sekin, että niistä kielivät muistivaikeudet ilmaantuvat viiveellä. Ongelma ehtii jyllätä piilossa parikin vuosikymmentä. Niin inhimillisyyden kuin talouden vuoksi sopii toivoa, että vaikkapa juuri okastutkijat onnistuvat jouduttamaan diagnooseja.

Yli neljännes työssäkäyvistä suomalaista huolehtii apua tarvitsevasta läheisestä työn ohessa. Sosiaalitieteilijät käynnistivät tutkimuksen tästä hoivasta, joka on paljon muutakin kuin kansantaloudellista säästöä ja hyvää tahtoa. Vanhusten omaiset kärsivät stressistä ja suunnittelevat eläkkeelle pelastautumista.

 

MASENTAVAN LYHYET YÖT

Hanki hohtaa ja aamurusko on vaaleanpunainen, mutta vitosluokka nuokkuu. Siitäkin huolimatta, että murrosiän hormonit eivät ole vielä keikauttaneet vuorokausirytmiä sijoiltaan.

Kuinka käy, kun lapsi lipsuu aivojen lepuutuksesta? Yliopiston erityispedagogit Juhani E. Lehto ja Lotta Uusitalo-Malmivaara keräsivät keväällä 2010 tutkimusaineiston 11–12-vuotiaiden nukkumisesta. Yhdeksi numeroksi puristettuna tulos kuulostaa varsin lohdulliselta: keskiverto arkiyö kesti yhdeksän tuntia ja viisi minuuttia.

Lapsille näytti tutkijoiden mukaan silti kertyvän arkisin univelkaa, sillä viikonloppu-unet venyivät reippaan tunnin arkiöitä pidemmiksi. Tutkittujen lasten isoisovanhempien lapsuudessa 1930-luvulla nukuttiin nykylasten viikonloppuöiden mittaisia unia.

Levännein aivoin myös tunteiden säätely sujuu paremmin.

Koululaiset tunnistavat itsekin sen, mikä on tutkimuksin todistettu: unenpuute nakertaa tarkkaavaisuutta. Lääkäreillä on vankkaa näyttöä muun muassa niukan unen ADHD-potilaille aiheuttamista haitoista.

Lehdon ja Uusitalo-Malmivaaran tutkimus paljastaa myös univajeen ja masennuksen yhteyden. Ei kuitenkaan pidä ottaa itsestäänselvyytenä, että väsymys on syy ja sairastuminen seuraus, Lehto sanoo. Voi olla niinkin, että ensin puhkeaa masennus, joka vähittäin pilaa yöt. Vastaavasti hyperaktiivisten lasten unipula saattaa johtua siitä, että he eivät pysty rauhoittumaan petiin ajoissa.

Vai voiko? Yliopiston psykiatrian professori Tiina Paunio kertoo, että lääketieteilijät ovat tehneet asiasta laajojakin tutkimuksia ja aikuisten osalta näyttö on väestötasolla varsin selkeää.

—Unen häiriöt näyttävät ilmaantuvan ensin ja depressio myöhemmin.

Depressioon sairastuminen ja nukkumisen ongelmat voivat juontua yhteisestä taustatekijästä, kuten stressi- tai ahdistumisherkkyydestä. Lapsilla ja nuorilla syy–seuraussuhteet ovat monimutkaisempia, mikä liittyy todennäköisesti aivojen kypsymiseen. Unen puute tai heikko laatu vaikuttaa joka tapauksessa keskittymiseen ja oppimiseen. Levännein aivoin myös tunteiden säätely sujuu paremmin.

— Unen määrään on sitä paitsi helppo vaikuttaa.

Paitsi ehkä murrosiässä: kun aivoja ravistelee hormonimyrsky, syvän unen osuus öissä vähenee ja vuorokausirytmi vetäytyy auttamatta pari kolme tuntia entistä myöhäisemmäksi.

Lue lisää aiheesta: Koulutus