Tiede

Suomalaiset aivotutkijat kumosivat vanhan peruskäsityksen hermoston toiminnasta

Hiiret uivat pimeässä huoneessa kohti äärimmäisen heikkoa valoa.

Suomalaistutkijat onnistuivat ensimmäistä kertaa maailmassa yksittäisten hermoimpulssisarjojen tasolla osoittamaan, että nisäkkään aivot valikoivat, mistä aistihermokanavista ne ottavat herkemmin viestiä vastaan.

”Tämä mullistaa erään peruskäsityksen hermoston toiminnasta. 70 viime vuotta on kuviteltu, että aivot tekisivät informaatioteorian mukaisen optimiratkaisun ja lukisivat sitä viestiä, mikä sisältää eniten informaatiota”, sanoo tutkimusta johtanut neurotieteilijä ja professori Petri Ala-Laurila, jolla on laboratoriot sekä Aalto-yliopistossa että Helsingin yliopistossa.

Tutkimus julkaistiin Neuron-lehdessä.

Kokeessa hiiret uivat vuorollaan vesialtaassa säkkipimeässä huoneessa. Altaan reunalla on tietyssä suunnassa äärimmäisen heikko valo. Hiiret on aiemmin koulutettu uimaan kohti valoa, joten niiden pitäisi ponnistella kohti heikkoakin valoa, jos ne vain näkevät sen.

Hämäränäköön erikoistuneet sauvasolut ottavat verkkokalvon pinnalla fotoneita vastaan, mutta tämän jälkeen informaatio prosessoituu monen portinvartijan kautta gangliosoluihin verkkokalvon pohjalla. Gangliosolut lähettävät sitten viestin valoaistimuksesta viejähaarakkeissaan näköhermoa pitkin hermoimpulssisarjoina aivoihin.

Eri gangliosolut lähettävät aivoihin erilaista tietoa visuaalisesta maailmasta. Gangliosoluja on nykytiedon mukaan noin 40 eri tyyppiä.

Siksi koe tehtiin näön äärirajoilla. Siinä informaatiota pystyy vastaanottamaan vain kaksi valolle herkintä gangliosolutyyppiä. Toista kutsutaan on-tyypiksi ja toista off-tyypiksi.

On- ja off- tyypit välittävät saman viestin, mutta on-tyypin solussa hermoimpulssit kiihtyvät silloin kun fotoneita osuu sauvasoluihin enemmän. Off-tyypin solussa hermoimpulssien määrä vähenee, kun fotoneita osuu sauvasoluihin enemmän.

Koska viesti on sama, ei pitäisi olla eroa siinä, tulkitsevatko aivot näköinformaatiota on- vai off-solujen perusteella.

Näin ei kokeessa kuitenkaan ollut.

Osa hiiristä oli geenimuokattu niin, että niiden on-solujen herkkyys oli kymmenesosa siitä mitä tavallisilla hiirillä.

Geenimuokattujen hiirten off-solujen herkkyys oli kuitenkin normaali. Siksi näidenkin hiirten olisi pitänyt selvitä uintikokeesta siinä missä tavallistenkin hiirten tai ainakin sinne päin.

Geenimuokatut hiiret eivät selvinneet vaan tarvitsivat kymmenkertaisen kirkkauden löytääkseen valon luokse. Aivot siis ottivat viestin vastaan vain on-soluista.

Aikaisemmin Ala-Laurilan ryhmä on selvittänyt tarkasti, miten fotonien aikaansaama viesti kulkee verkkokalvolla.

Jo muutama vuosi sitten he muun muassa paikansivat verkkokalvon on-kanavassa portinvartijan, joka päästää viestin eteenpäin vain silloin, jos kaksi fotonia osuu riittävän samaan aikaan sauvasoluihin. Näin erotellaan todellinen valoviesti hermoston kohinasta eli itsestään tulevista valeviesteistä.

Verkkokalvo on osa aivoja, mutta siitä voidaan selvittää syvällisellä tasolla tällaisia perusasioita, koska sen rakenne on selkeä ja sitä voidaan stimuloida tarkasti valoärsykkeillä.

Itse varsinaisista aivoista pääkopan sisällä ei tiedetä näin tarkalla informaatiotasolla, koska ne ovat vaikeasti lähestyttävät.

Siksi näköhermosta tulevan informaation koodausta aivoissa ei voitu lukea hermostosta vaan se piti katsoa käytöksestä eli uivatko geenimuokatut hiiret yhtä herkästi kohti valoa kuin tavalliset hiiret.

Eivät uineet, joten aivot suosivat on-soluja.

”Aivot siis eivät tee optimiratkaisua, vaan ne suosivat voimakkaasti toista informaatiokanavaa”, Ala-Laurila sanoo.

”Löydös perustuu laboratoriossani vuosikausia kehitettyyn, uniikkiin teknologiaan, joka mahdollistaa yksittäisten fotonien aikaansaamien signaalien seurannan verkkokalvolla.”

Lisäksi Ala-Laurila kollegoineen on kehittänyt syväoppimiseen perustuvan ohjelmiston, jonka avulla voidaan seurata hiiren pään ja silmän liikkeitä pelkässä infrapunavalossa.

Seuraavaksi tutkimusryhmä aikoo mitata, pätevätkö samat periaatteet muihinkin hämäränäköön liittyviin hermoratoihin ja käyttäytymismalleihin ja noudattavatko ne samoja sääntöjä.

Kommentit

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Ei vielä nimellä kirjoitettuja kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää



    HS:n kommentointien äänestäminen on muuttunut: nyt vain kirjautuneet käyttäjät voivat antaa kommentille hyvin argumentoitu -äänen.
    Luetuimmat
    • Juuri nyt
    • Päivä
    • Viikko
    1. 1

      Miljonääri liittyi perus­suomalaisiin Jussi Halla-ahon perässä, ja nyt ”Tampereen Trump” ilmentää puolueen muutosta

    2. 2

      ”Pukki Pukki Pukki, sinä sinä sinä” – Teemu Pukki noussut Englannin jalka­pallon ykkös­puheen­aiheeksi, ikoninen britti­näyttelijäkin riehaantui

    3. 3

      Neljä vuotta sitten Vantaan Kivistö herätti innostusta: tuhansittain asuntoja ja Redin kokoinen kauppa­keskus – Vaan miten kävi?

      Tilaajille
    4. 4

      Käänne alkoi sala­kavalasti, ja nyt Stockmann on uppoamassa – Miten kriisin­ratkaisija Lauri Ratia aikoo pelastaa perinteisen tavara­talon?

      Tilaajille
    5. 5

      Historian suurin tutkimus­hanke tapahtuu napajään keskelle jäätyneessä laivassa

    6. 6

      Jeffrey Epsteinin menestyksen salaisuus oli pieni musta muisti­kirja – Seksi­rikos­skandaali paisuu yhä, ja se voi tahria kaksi presidenttiä

    7. 7

      Kersti Juva keksi suomen kieleen sanan örkki, ja nyt hän kertoo, miksi yksin­kertaistenkin sanojen kääntäminen englannista suomeen on usein moni­mutkaista

    8. 8

      HS:n jakelussa häiriöitä – lue päivän näköis­lehti ilmaiseksi täältä

    9. 9

      Vantaalla on hautausmaa, jonka puutarhuri Heli Hyystinmäki ei ole nähnyt yhtään omaista 20 vuoteen

    10. 10

      Juutalaisvainoista kertova elokuva järkytti festivaalikatsojia, kymmeniä ihmisiä käveli ulos kesken näytöksen

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Juutalaisvainoista kertova elokuva järkytti festivaalikatsojia, kymmeniä ihmisiä käveli ulos kesken näytöksen

    2. 2

      Ratsastajat ovat aiempaa isompia, ja moni talli on päätynyt asettamaan paino­rajoja: ”Aihe on monelle yli 40-vuotiaalle naiselle hirvittävän herkkä”

      Tilaajille
    3. 3

      Metsässä sammaloituvien betoni­rakennelmien mysteeri ratkesi Vantaalla HS:n lukijoiden avulla

    4. 4

      Käänne alkoi sala­kavalasti, ja nyt Stockmann on uppoamassa – Miten kriisin­ratkaisija Lauri Ratia aikoo pelastaa perinteisen tavara­talon?

      Tilaajille
    5. 5

      Venäläiskylään lentää koko ajan kärpäsiä tuntemattomasta syystä, epä­toivoiset asukkaat tekivät raadoista ”apua” -kyltin

    6. 6

      Jeffrey Epsteinin menestyksen salaisuus oli pieni musta muisti­kirja – Seksi­rikos­skandaali paisuu yhä, ja se voi tahria kaksi presidenttiä

    7. 7

      Neljä vuotta sitten Vantaan Kivistö herätti innostusta: tuhansittain asuntoja ja Redin kokoinen kauppa­keskus – Vaan miten kävi?

      Tilaajille
    8. 8

      Miljonääri liittyi perus­suomalaisiin Jussi Halla-ahon perässä, ja nyt ”Tampereen Trump” ilmentää puolueen muutosta

    9. 9

      Teemu Pukki rankaisi tällä kertaa Manchester Cityä ja nousi nimekkääseen joukkoon, Norwich kaatoi hallitsevan mestarin maalein 3–2

    10. 10

      Veikkauksen johtaja pyytää anteeksi vanhaa puhettaan, jonka taltiointi on kuohuttanut somessa: ”Nyt kun kahden vuoden jälkeen sitä katsoo, niin kyllä hävettää”

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Teini-ikäinen kilpauimari hylättiin liian paljastavan uima­puvun vuoksi Yhdys­valloissa – käytti samaa asua kuin kaikki muutkin

    2. 2

      Sadattuhannet kodit uhkaavat menettää arvonsa – Suomeen on kehittynyt kahdet asunto­markkinat, ja asian­tuntijan mukaan enää kolme aluetta on turvassa

      Tilaajille
    3. 3

      15-vuotias Inka otti hatkat vuosi sitten, eikä häntä etsi enää kukaan – osa laitoksesta karanneista lapsista jää täysin heitteille

      Tilaajille
    4. 4

      Joukko suomalaisnaisia riisuuntui kameralle kertoakseen kehohäpeästä ja sen kukistamisesta – ”Olen yhä keskeneräinen, mutta sairaudesta olen päässyt”

      Tilaajille
    5. 5

      Seitsemän vuoden parisuhdekriisi on vanhentunut käsite: On olemassa toinen hetki, jolloin eroriski kasvaa selvästi

      Tilaajille
    6. 6

      Maailman parhaat luontokuvat valitaan taas kymmenientuhansien kuvien joukosta: HS näyttää 14 huippuotosta

    7. 7

      Elämme viheliäistä ja mitätöntä aikakautta, sanoo historioitsija Teemu Keskisarja – ”Hävettävää elää näin typerässä ajassa”

      Tilaajille
    8. 8

      Suoliston bakteerit määrittävät, miten ihminen voi, ja niitä ohjaa ravintomme – Suomalainen huippu­tutkija kertoo, millaista ruoka­valiota bakteerit janoavat

      Tilaajille
    9. 9

      Suomella on työhullu ulkoministeri, joka lähettää alaisille sähköpostia keskellä yötä ja joka puuhasi ensitöikseen yhden rauhansopimuksen

    10. 10

      Postin toimitusjohtajan ökypalkkaan löytyy selitys pienestä tuppukylästä, jossa kaikki lapset ovat keskimääräistä lahjakkaampia

    11. Näytä lisää