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

      EU-lähteet FT:lle: Boris Johnson lyyhistyi tuolissaan tajutessaan lounaan äärellä, miten ulalla hän oli Britannian neuvottelu­asemasta

    2. 2

      Verottaja tiedottaa: Joka kolmannen veroprosentti on liian pieni

    3. 3

      Suomalaistutkimus: Masennuslääke vaikuttaa ihmisen elämään arvaamattomammin kuin tähän asti on ymmärretty

      Tilaajille
    4. 4

      R-kioskeista pitää jatkossakin saada HSL-lippuja, sanovat kaupunkilaiset – humoristi Kasper Strömman näkee uudistuksessa myös mahdollisuuksia

    5. 5

      New Yorkin metroon ei saa viedä koiria, elleivät ne ole jonkinlaisessa kantolaukussa – Näin luovasti ihmiset kiertävät kieltoa

    6. 6

      Isäpuoli tuomittiin 11 vuoden vankeuteen vakavasti sairaan tytön taposta Nurmi­järvellä

    7. 7

      Hallitus pyrkii helpottamaan pienituloisten tilannetta, mutta purevatko toimet? Näin tutkijat arvioivat

    8. 8

      Matemaatikkojen vaikea laskelma tuotti vihdoin kaivatun luvun 42

    9. 9

      Sata päivää ilman alkoholia, muusikko Emma Kemppainen päätti, mutta se ei jäänytkään siihen – Nyt alkoholista luopuvat nekin, joille se ei koskaan ollut ongelma

      Tilaajille
    10. 10

      Kerrostalon rakennus­työt pysähtyivät keskellä Helsingin uutta merellistä kaupungin­osaa: ”Rahat ei liiku, niin ei sitten etene työtkään”

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Matemaatikkojen vaikea laskelma tuotti vihdoin kaivatun luvun 42

    2. 2

      Tuore tutkimus: Rasvamaksa on käytännössä jo kansantauti, ja siitä kärsivän tulisi välttää alkoholia täysin

    3. 3

      R-kioski harkitsee lopettavansa matkakorttien lataamisen HSL:n palkkiopäätöksen takia

    4. 4

      Tämäkin jugend-kaunotar on Helsingin kaupungin vuokratalo: Helsingin valtuuston enemmistö ei heittäisi hyvätuloisia ulos puoli-ilmaisista asunnoista

    5. 5

      Sata päivää ilman alkoholia, muusikko Emma Kemppainen päätti, mutta se ei jäänytkään siihen – Nyt alkoholista luopuvat nekin, joille se ei koskaan ollut ongelma

      Tilaajille
    6. 6

      HS-analyysi: Tuoreen äidin julkinen ampuminen sai Ruotsin harkitsemaan Suomessa ongelmalliseksi havaittua todistamistapaa

    7. 7

      Parisuhteet ovat muutoksessa, ja yhdessä asiassa astumme sata vuotta ajassa taakse­päin, sanovat asian­tuntijat – Näistä merkeistä tunnistat ”työ­pari­suhteen”

      Tilaajille
    8. 8

      Kerrostalon rakennus­työt pysähtyivät keskellä Helsingin uutta merellistä kaupungin­osaa: ”Rahat ei liiku, niin ei sitten etene työtkään”

    9. 9

      Verotus kiristyy, bensa kallistuu: HS:n laskurit kertovat, miten budjetti vaikuttaa kukkaroosi

    10. 10

      EU-lähteet FT:lle: Boris Johnson lyyhistyi tuolissaan tajutessaan lounaan äärellä, miten ulalla hän oli Britannian neuvottelu­asemasta

    11. Näytä lisää
    1. 1

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

      Tilaajille
    2. 2

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

    3. 3

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

      Tilaajille
    4. 4

      Ihmisen ei kuulu olla väsynyt – Uni­lääkärin mukaan moni uneton tekee illalla saman virheen

      Tilaajille
    5. 5

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

    6. 6

      Suomalaiset saavat liian vähän folaattia, vaikka se saattaa torjua Alzheimerin tautia ja masennusta – Nämä ovat tärkeimmät folaatin lähteet

    7. 7

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

      Tilaajille
    8. 8

      Hyvätuloiset ystävättäreni asuvat kaupungin vuokra-asunnoissa puoli-ilmaiseksi

    9. 9

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

    10. 10

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

      Tilaajille
    11. Näytä lisää