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

      Valtion tuki maanviljelijöille kasvaa: Järjestelmän ansiosta viljelijät maksavat eläkkeistään muita yrittäjiä vähemmän

    2. 2

      Seitsemän päivää ja kymmeniä miljoonia kuolleita – HS:n erikoisartikkeli näyttää, miten itäblokki aikoi laittaa läntisen Euroopan polvilleen ydinaseilla

      Tilaajille
    3. 3

      HS:n erikoisartikkeli vie matkalle yhteen maailman syrjäisimmistä paikoista, jossa juodaan sulavien jäävuorten vettä ja syödään raakaa hylkeenmaksaa

      Tilaajille
    4. 4

      Numeron 42 ratkaisseet matemaatikot yllättivät: Löysivät myös numerolle 3 kauan odotetun ratkaisun

    5. 5

      Tjäreborgin emoyhtiö Thomas Cook horjuu konkurssin partaalla: Rahoitusneuvottelut pankkien kanssa jatkuvat

    6. 6

      Häiriköintiä kesällä Vuosaaressa tutkinut ylikomisario: Monissa tapauksissa aikuiset hakivat itse konfliktia nuorten kanssa

    7. 7

      Neljä vuotta sitten uusnatsipuolue Kultainen aamun­koitto sai Kreikassa 18 parlamenttipaikkaa, viikko sitten muuttomiehet veivät toimistolta kyltinkin

    8. 8

      Miksi Suomessa ei osata puhua raiskausten syistä? Monika Fagerholm haluaa rikkoa hiljaisuuden uhrien ympäriltä

      Tilaajille
    9. 9

      Emil Ruusuvuori murskaavan ylivoimainen Glasgow’n haastajaturnauksen finaalissa: ”Olen erittäin tyytyväinen, miten pelasin täällä”

    10. 10

      ”En olisi voinut kuvitella, että vielä joskus asun noiden jättiläisten kanssa”, paljastaa Saija Saarela ajatelleensa miehensä Ilkka Mattilan 400 kiloa painavasta kaiutinparista

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Seitsemän päivää ja kymmeniä miljoonia kuolleita – HS:n erikoisartikkeli näyttää, miten itäblokki aikoi laittaa läntisen Euroopan polvilleen ydinaseilla

      Tilaajille
    2. 2

      HS:n erikoisartikkeli vie matkalle yhteen maailman syrjäisimmistä paikoista, jossa juodaan sulavien jäävuorten vettä ja syödään raakaa hylkeenmaksaa

      Tilaajille
    3. 3

      Yhdysvalloissa muhii poliittinen skandaali, johon kytkeytyvät Trump, Ukraina ja sala­peräinen ilmi­antaja – Tästä on kyse

    4. 4

      ”En olisi voinut kuvitella, että vielä joskus asun noiden jättiläisten kanssa”, paljastaa Saija Saarela ajatelleensa miehensä Ilkka Mattilan 400 kiloa painavasta kaiutinparista

    5. 5

      Häiriköintiä kesällä Vuosaaressa tutkinut ylikomisario: Monissa tapauksissa aikuiset hakivat itse konfliktia nuorten kanssa

    6. 6

      Jos edes holokaustin muisto ei saa ihmisiä järkiinsä, mihin Eurooppa on menossa?

    7. 7

      Miksi Suomessa ei osata puhua raiskausten syistä? Monika Fagerholm haluaa rikkoa hiljaisuuden uhrien ympäriltä

      Tilaajille
    8. 8

      Palvelukeskuksen dementoitunut asukas ei enää tunnista omaisiaan, mutta tämän 230-kiloisen ja karvaisen vakiovieraan hänkin muistaa tavanneensa

    9. 9

      Amerikkalaisten erot ovat miljardien toimiala, ja nyt sen surulliseksi mannekiiniksi on noussut Trumpin omin­takeinen lähi­piiriläinen

      Tilaajille
    10. 10

      Huippututkija keräsi mainetta ja hänestä tehtiin jopa Barbie, kunnes joku keksi käydä läpi ansio­luetteloa

    11. Näytä lisää
    1. 1

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

      Tilaajille
    2. 2

      Huippututkija keräsi mainetta ja hänestä tehtiin jopa Barbie, kunnes joku keksi käydä läpi ansio­luetteloa

    3. 3

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

      Tilaajille
    4. 4

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

    5. 5

      ”Pirtua suoneen”, ”verinäyte krapulassa” – lääkäriopiskelijoiden alkoholikeskeinen bilekulttuuri yllätti uuden opiskelijan

    6. 6

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

    7. 7

      Hyvätuloiset ystävättäreni asuvat kaupungin vuokra-asunnoissa puoli-ilmaiseksi

    8. 8

      Sänkyyn kelpaa kuka vain, mutta puolisoksi mies haluaa terävän naisen – Laaja tiede­artikkeli kertoo, mikä on älyn merkitys parin­muodostuksessa

      Tilaajille
    9. 9

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

      Tilaajille
    10. 10

      Toimittaja Sanna Ukkola ilmoitti irtisanoutuvansa Ylestä, jatkaa kuitenkin juontajana vuoden loppuun asti: ”On tiettyjä asioita, jotka ovat kumuloituneet”

    11. Näytä lisää