Aivot järjestäytyvät tarvittaessa uudelleen

Aivojen ääretön tarina. David Eagleman. Suom. Nina Mäki-Kihniä. Atena, 2022.

Elävät kytkennät 

On henkilöitä, joilta puuttuu tai on jouduttu poistamaan aivojen toinen puolisko, mutta jotka silti kykenevät lähes normaaliin elämään.

Toipuminen vaatii määrätietoista kuntoutusta sekä fysio- ja puheterapiaa.

Aivojen hermosolut kuitenkin kykenevät järjestäytymään uudelleen. Jäljelle jäänyt puolisko ottaa vastuun myös poistetun puolen toimintojen ohjauksesta.  

Kyse on aivojen plastisuudesta, kun aistisyötteiden muutokset saavat aikaan aivokuoressa uudelleen järjestäytymistä. Plastisuus näyttää kuitenkin kirjoittajan mukaan olevan nyt jo vanhentunut paradigma. 

Muovautuvuutta parempi termi aivoille on 'livewired', joka kuvaa aivoja mukautuvana, dynaamisena ja tietoa etsivänä järjestelmänä. 

Aivoissa ei voida erottaa softaa ja rautaa kuten tietokoneissa. Tietokone ei ole nykytiedon mukaan pätevä aivojen analogia. 

Jos raaja joudutaan poistamaan, potilas voi tuntea aavesärkyä ikään kuin raaja olisikin vielä olemassa. Toisaalta, jos kehosta jokin osa ei enää lähetä syötettä aivoihin, vierusosat valtaavat tuon aivojen alueen. 

Sokeutuneen ihmisen aivoissa muut aistit valtaavat näköaistin tilan. Siinä on myös selitys, miksi sokea voi jatkossa aistia muilla aisteilla herkemmin kuin aikaisemmin. 

Aavesärky johtuu siitä, että vaikka muutos alueiden valtaamisesta on nopeaa aivokuoren tasolla, järjestelmän alemmilla tasoilla muutokset ovat hitaampia.

Unet

Miksi ihminen näkee unia? Neurotieteen kannalta unien näkeminen liittyy maapallon pyörimisliikkeeseen, jonka seurauksena pimeys on vallinnut noin puolet vuorokaudesta. 

Jos näköaisti ei anna syötettä aivoille, muut aistit eli vierusalueet aivoissa ovat valmiina valtaamaan näköaivokuoren. Näköaivokuori puolustautuu unilla.

Hippokampus ja etuotsalohko eivät unien aikaan ole niin aktiivisia kuin valveilla. Tämä selittää, miksi unia on vaikea muistaa. Niitä ei ole tarkoitettu muistettavaksi, unien tehtävä on pitää näköaivokuori toiminnassa.

Aistit

Aivoilla on hämmästyttävä kyky oppia ymmärtämään erilaisia informaatiosyötteitä. Kirjoittaja ennustaa, että yksittäinen aistikanava saadaan vielä välittämään jonkun toisen aistin tietoa, kuten esim. videokameran datavirta voitaisiin kokea iholla kosketuksena. 

Kirjassa esitellään useita neurologisia apuvälineitä.  Tasapainoaistin menettäneille suunnitellaan kypärää, joka antureillaan mittaa pään asentoa. Tämä tieto ohjataan kielessä olevaan elektrodimattoon, jolloin tasapainon kokeminen olisi jälleen mahdollista.

Apuvälineiden avulla voidaan korjata aistivammoja, mutta lisäksi niitä tulevaisuudessa käytetään myös tehostamaan aisteja.

Samoin joskus vielä varmaan kehitetään aivan uusia aisteja.

Leikkaussalissa potilasdataa voitaisiin syöttää kirurgille siten, että hän tuntisi datan kehossaan. Monitoreita ei tarvitsisi seurata.

Ihminen voisi seurata jatkuvasti kehollaan omaa lämpöään, verenpainetta, sykettä ja paljon muuta. Puolisot voisivat seurata toistensa dataa omassa kehossaan. 

Globaalilla tasolla politiikan tarkkailija voisi tuntea kehossaan yhtäkkiä poliittisen kriisin toisella puolen maapalloa. Tämä voitaisiin toteuttaa tiivistämällä riittävä määrä tviittejä yhteen hetkeen ja ohjaamalla tiivistelmä kehon tuntemukseksi. 

Vain mielikuvitus olisi rajana, miten aisteja voisi laajentaa: tekijä mainitsee näkökyvyn venyttämisen sähkömagmeettisen spektrin molempiin päihin tai ultraäänikuulon kehittämisen.

Toinen suunta olisi miettiä,  miten ihminen voisi saada nykyistä paremman kehon. Halvaantuneille on hahmoteltu koko vartalon pukua,  joka tottelee aivojen käskyjä eli tavoitteena on päästä liikkumaan ajatuksen voimalla. Idea toteutettaisiin istuttamalla tiheä ryväs mikroelektrodeja aivoihin, joiden aktivaatiota kanavoimalla voisi hallita monimutkaista robottia.

Vaihtoehtoinen ratkaisu olisi sellainen, kun halvaantunut ajattelee liikuttavansa kättään, signaali ohjataan ensin tulkattavaksi koneoppimista käyttäville algoritmeille. Vaurioitunut selkäydin ohitettaisiin ja sen sijaan signaali kulkisi lihassimulaattoriin tavoitteena saada halvaantunut potilas liikuttamaan kättään.

Muistot

Miksi dementian vaivaamana muistaa vanhoja asioita lapsuudesta, mutta ei tuoreita tapahtumia? Kun potilaalta poistettiin hippokampukset toiveena saada epilepsiakohtaukset kuriin, leikkauksen jälkeen huomattiin, että potilaalla oli säilynyt vanhoja muistoja, mutta uusia muistoja ei enää syntynyt.

Hippokampus on tärkeä muistin kannalta. Se on olennainen oppimiselle, mutta ei aikaisemmin opitun muistamiselle.

Hippokampus on välipysäke, opitut asiat välitetään eri puolille aivokuorta, minne muistot tallentuvat. 

Kirjaa lukiessa käy välillä mielessä, onko tämä tietokirja vai scifiä. 

Geenit kertovat kohtalomme

The Science Of Fate : Why Your Future is More Predictable Than You Think / Hannah  Critchlow. Hodder & Stoughton, 2019.

Hannah Critchlow tasapainoilee perimän, ympäristön ja vapaan tahdon välimaastossa yrittäessään selvittää aivotutkimuksen näkökulmasta, kuinka paljon geenit ja perimä sanelevat ihmisen käyttäytymistä. Filosofian kannalta käsittely vapaasta tahdosta jää pintapuoliseksi, sen sijaan kirja tarjoaa kiinnostavaa tietoa perimän vaikutuksesta ihmisen elämään. Kirjoittaja on biologi ja neurotieteilijä.

Kirjoittaja haluaa tutkia vanhaa kohtalon ajatusta biologian näkökulmasta. Emme edes ymmärrä kuinka suuri osa päätöksenteostamme ja toiminnastamme on tietoisen tason ulkopuolella. Jos suurin osa ihmisen toiminnasta on tietoisen kontrollin ulkopuolella, voidaanko enää sanoa, että ihminen on itse vastuussa tekemisistään. Tämä on varmasti merkittävä yhteiskunnallinen kysymys, joka askarruttaa lainsäätäjiä ympäri maailman.

Kirjoittaja varoittaa kaiken aikaa liian yksioikoisista tulkinnoista. Aivotutkimuksen popularisointiin kannattaa suhtautua kriittisesti. Vielä tutkijat eivät tiedä läheskään kaikkea aivoista, geeneistä ja DNA:sta. Elämä on monimutkainen kokonaisuus, perimä, kasvatus ja ympäristötekijät luovat yhdessä moniulotteisen kudonnan. Tuomalla esille kontekstistaan irrallisia tiedonjyväsiä suuren yleisön sensaationälkään, media tunnetusti yksinkertaistaa tiedettä ja sen tutkimustuloksia.

Perimä vai kasvatus

Kirjoittaja esittää, että esim. skitsofreniassa arviolta noin 80 prosenttia on syntymässä saatujen geenien vaikutusta, loput geenien ja ympäristön monimutkaista vuorovaikutusta. Surkein kohtalo on varmaan niillä, joilla on tuo 80 prosentin geenialtistus ja sen lisäksi huonot ympäristötekijät ovat altistamassa sairastumiseen. 

Kuinka suuri osuus esim. ihmisen erilaisista syömiseen ja painonhallintaan liittyvistä ongelmista ja muista häiriöistä on tietoisuuden kontrollin ulkopuolella? Kirjoittaja toteaa, että ihmisen painosta arvioidaan noin 70 prosenttia olevan geenien vaikutusta, loput 30 prosenttia on ympäristötekijöiden vaikutusta, johon voisi periaatteessa olla mahdollisuus vaikuttaa. 

Ehkä tulevaisuudessa kehitetään täsmälääke, jolla vaikutetaan ihmisen aivojen mielihyväkeskukseen eli nucleus accumbens -tumakkeeseen. Ruoan syönti loppuisi siihen kun nälän tunne häviää tai alkoholin käyttö ei enää tuota mielihyvän tunnetta. 

Tällä hetkellä esiintyy varmaan paljon epäröintiä tuollaista mahdollista aivojen insinööritiedettä vastaan. Olemmeko valmiita siihen, että liikalihavuuden vähentämiseksi ylensyöntiä vähennettäisiin peukaloimalla ihmisen aivojen mielihyväkeskusta? Olisiko eettistä (pakko)hoitaa alkoholismia aivojen mielihyväkeskusta operoimalla? Nämä ovat kysymyksiä, joihin on otettava kantaa lähitulevaisuudessa. 

Aivojen fysiologinen plastisuus mahdollistaa sen, että voimme ylipäätään muokata omaa käyttäytymistämme. Plastisuus tarkoittaa kirjoittajan selityksen mukaan sitä, että vain jonkin uuden asian oppimisen alussa aivot laajenevat. Kun asia on opittu tai taito hankittu, aivojen virtapiirit määrittyvät jatkuvasti uudelleen, mikä puolestaan vähentää aivojen kokoa. 

Voidaanko tulevaisuudessa äidin kohdussa olevan sikiön geeneistä ennustaa ihmisen tuleva elämä? Osaksi voidaan, osaksi ei voida. Tuntuu pelottavalta dystopiselta ajatukselta, jos sikiön geeninäytteistä voidaan joskus tulevaisuudessa määrittää elämän vaiheet kuten älykkyys, menestyminen, terveys tai uskonnollinen vakaumus.

Vastasyntyneet vauvat omaavat valmiudet pa. kaikille maailman kielille eli ovat kykeneviä kuulemaan kaikkia mahdollisia foneemeja, mutta lapset aika pian menettävät tämän kyvyn niiden äänteiden osalta, joita he eivät kuule ympäristössään. Tämä on tietysti sääli muiden kielten oppimisen kannalta. Tämä on myös kaava, ihminen osaa valikoida informaation, jota tarvitsee ja hylätä muun kohinan pikku hiljaa. Opitusta  tulee vähitellen tapa. Toisaalta ne neuraaliset piirit, joita ei aivoissa käytetä eikä tarvita, häviävät pikku hiljaa lopullisesti. 

Oppiminen ja manipulaatio

Oppiminen tapahtuu siten, että aivoissa pienen pienet dendriittien haarakkeet reagoivat sähköiseen ärsytykseen, mikä saa haarakkeet tavoittelemaan yhteyttä viereisten hermosolujen kanssa. Dendriittinen haarake jakautuu alahaarakkeiksi. Tämä on prosessi, jonka avulla jokainen hermosolu voi yhdistyä 10 000 toiseen soluun, mikä tarkoittaa sitä, että kaiken kaikkiaan aivojen virtapiireissä on lähes lukematon määrä yhteyksiä. Käytännössä oppiminen on vähittäinen prosessi, jossa aivot reagoivat ympäristön signaaleihin. 

Ihminen on monimutkainen kokonaisuus. Geenien lisäksi ihminen rationaalista käyttäymistä häiritsevät erilaiset kognitiiviset vinoumat sekä virhepäätelmät, joihin luonnostamme kovin helposti syyllistymme. Ihmisen ajattelu on vääristynyttä, vaikka sitäkään emme välttämättä itse ymmärrä.

Erilaiset näkemykset ja uskomukset voivat intuitiivisesti ajatellen olevan tietoisen ajattelun tulosta. Kirjan mukaan suurin osa ihmisen uskomuksistakin ja erilaisista näkemyksistä on pääosin tulosta alitajuntaisten ja sisäsyntyisten aivomekanismien ei-tietoista tuotosta. Ylipäätään uskomukset pohjautuvat yhtä paljon emootioihin kuin ovat älyllisen prosessoinnin tulosta. 

Aikamoinen yllätys on tutkimustulos, jonka mukaan konservatiivien ja liberaalien ihmisten aivot eroavat tärkeältä osin. Konservatiivien mantelitumake eroaa liberaalien vastaavasta. Tästä syystä konservatiivit ovat varautuneempia kuin liberaalit ja aistivat liberaaleja herkemmin mahdollisen uhan.

Entä jos yhteiskunnassa vallassa oleva poliittinen ryhmittymä keksii keinon saada loputkin kansasta oman näkemyksen tueksi vaikuttamalla jollakin operaatiolla  mantelitumakkeen anatomiaan? Pelkkä ajatuskin on pelottava.

C. P. Snow kirjoitti aikoinaan kirjan kahdesta kulttuurista, luonnontieteellisestä ja humanistisesta, jotka eivät kohtaa. Tässä kirjassa kaksi kulttuuria onneksi kohtaavat aika monella sivulla. Aivotutkimus on tieteenala, joka näyttää edistyvän huimaa vauhtia ja yhteiskunnallisista seurauksista on syytä keskustella. Voi kuitenkin pohtia, antaisiko perinteinen vapaan tahdon filosofia uusia näkökulmia, jos halutaan selittää kohtalon, determinismin ja vapaan tahdon suhdetta aivojen, geenien ja DNA:n näkökulmasta. 

Kirjaa ei ole käännetty suomeksi.

Linkki teokseen Amazon-kirjakaupassa.

Aivot luovat säännönmukaisuuksia

Dean Burnett: Idioottiaivot. Kuinka aivomme oikeastaan toimivat. Suomentaja Risto Mikkonen. Kuopio: Scanria, 2017.

Burnett on myös koomikko, ehkä sen takia kirja on puolihauskasti (joku voisi tosin sanoa tekonokkelasti) kirjoitettu. Vaikeasta asiasta ja haastavasta terminologiasta huolimatta Burnett osaa popularisoida uusimpia tutkimustuloksia.

Ihminen ei suinkaan skannaa ympäristöään täydellisenä kopiona, vaan luomme mielessämme kuvan saamiemme ärsykkeiden perusteella. Kuva on vaillinainen, koska se sisältää niin paljon arvauksia ja oletuksia.

Evoluution kuluessa aivot ovat muotoutuneet niin, että alkuperäiset ns. liskoaivot ovat jääneet pohjalle, mutta aikojen kuluessa älylliseen toimintaan tarvittava neokorteksi on kehittynyt. Eri aivojen kehitysvaiheet 

eivät toimi harmoniassa, vaan usein vetävät ihmistä eri suuntiin. 

Jääräpäisyydessään liskoaivot jarruttavat järkevää ajattelua ja loogista toimintaa ihmisen arjessa. Ihmisen esihistoriassa primitiiviset vaistot ovat olleet hengissä säilymisen väline.

Tutkimuksissa on todettu, että ihminen reagoi esim. käärmeiden ja hämähäkkien kuviin nopeammin kuin informaatio ehtii tietoiselle tasolle.

Burnett on oiva tieteen popularisoija myös siinä mielessä, että hän tarjoaa useita vaihtoehtoisia selityksiä ja myöntää kuinka paljon on vielä asioita, joista aivotutkimusta harjoittavilla tiedemiehillä ei ole vielä tietoa.

Aivotutkimuksen valossa ihmisen käyttäytyminen näyttää pohjautuvan haluun pysyä hengissä, ihmisellä on taipumus "pakene tai taistele" -reaktioon, mikä oli välttämätön ihmisen esihistoriassa, mutta edelleen tulee helposti päälle, vaikka sille ei enää olisi samanlaista tarvetta. 

Meihin kohdistuu jatkuvasti ärsykkeiden informaatiovirta, josta ihminen yrittää poimia tärkeäksi uskomansa. Päästääkseen helpommalla aivot yrittävät luoda säännönmukaisuuksia ja malleja, jotta ihminen säilyttäisi henkensä.

Aivot pääsääntöisesti ovat valmiina mahdollisiin uhkatilanteisiin. Voidaan myös todeta, että ihmisellä on taipumusta nauttia "pakene tai taistele" -tilanteista, mitä nykyviihde tunnetusti käyttää hyväkseen. 

Suuttuminen voidaan nähdä reagointina mahdollisiin uhkiin ja se on saattanut mahdollistaa hengissä säilymisen. Suuttuminen ei muutenkaan ole aina paha asia, sillä se usein vähentää stressihormoni kortisolia ja sitä kautta alentaa stressiä, kunhan vain säilytetään maltti vihastumisessakin.

Lajityypillisesti ihmisen aivot yhdistelevät mielessämme asioita toisiimme, vaikka aina niillä ei ole mitään suhdetta toisiinsa. Jos aamulla jätämme puuron syömättä ja joudumme työpaikalla sanaharkkaan, saatamme ajatella, että jos olisin syönyt puuron tätä ei olisi tapahtunut. Jokin selitys on löydettävä, oli se totta tai ei. Tosin Burnett sitten lisää ihan näppärästi: "Ehkäpä se, että aivot vastustavat satunnaisuutta, johtuu jostain satunnaisesta mutaatiosta, joka osoittautui ajan mittaan hyödylliseksi. Raakaa ironiaa." (s. 74)

Erilaiset pelot sekä irrationaaliset fobiat syntyvät niin, että mantelitumakkeet, jotka ovat vastuussa pelkojen muistiin tallentamisesta, liittävät erilaisiin aikaisemmin koettuihin tai kuultuihin asioiden ja tilanteiden muistijälkiin nimilapun tai merkinnän, jossa yksiselitteisesti on todettu 'vaara' ja 'vältä'. Opimme varomaan tuota kyseistä asiaa aina kuin siihen eri tilanteissa törmäämme, joskus aiheesta, joskus täysin aiheetta.

Säännönmukaisuuksien ja mallien luomisen kustannuksena ovat  ajoittaiset väärät hälytykset.

Mantelitumakkeet ovat mukana myös muiden kasvojen ilmeiden tunnistuksessa. Ihminen on sosiaalinen eläin, sillä samat mantelitumakkeet, jotka vastaavat omien pelkojemme ja tuntemustemme käsittelystä, ovat tärkeitä myös toisten ihmisten tunteita tunnistettaessa.

Kyse on taas todellakin hengissä selviytymisen strategiasta. Traumaattisten kokemusten läpikäyneet henkilöt kärsivät elävistä välähdysmuistikuvista, jotka eivät ole tahdonvaraisia ja siten usein haittaavat normaalia elämää.

Trauman aiheuttaneen onnettomuuden aikana kehoon kerääntyy valtava määrä adrenaliinia, jolloin muistijälki taltioituu mieleen voimakkaana ja säilyttää siihen alun perin liittyneet tunteet. Aivot yrittävät sanoa, että koeta jatkossa välttää samankaltaisen kokemista. Ongelmaksi muodostuu se, että vaikka aivojen ohje sinänsä on oikea, muisto on liian voimakas, se pulpahtelee häiritsevästi mieleen pyytämättä ja yllättäen. 

Pahimmillaan nämä elävät välähdysmuistikuvat voivat aiheuttaa ongelmia tunne-elämässä tai jopa irtaantumista todellisuudesta. Kognitiiviset ja toiminnalliset kyvyt saattavat häiriintyä pitkäksikin aikaa tai jopa pysyvästi.

Ihmisen älykkyys liittyy työmuistin kapasiteettiin ja ehkä aivokurkiaisen paksuuteen. Vaikka aivojen harmaassa aineessa tapahtuu suurin osa tärkeästä toiminnasta, valkean aineen eheys ja tiheys on yksi älykkyyden indikaattori. "Jos harmaa aine muodostaa tehtaan, valkea aine muodostaa ne tiet, joita pitkin tuotteet toimitetaan tehtaalta maailmalle ja raaka-aineet tehtaalle." (s. 130.)

Persoonallisuustesteistä Burnett toteaa, että paljon käytetty Myers-Briggsin tyyppi-indikaattori (MBTI) ei ole kovin tieteellinen. Tässä linkissä lisätietoa MBTI:stä: https://fi.wikipedia.org/wiki/Myers%E2%80%93Briggsin_tyyppi-indikaattori

Introverteilla ihmisillä on omasta takaa aivokuoressa riittävästi stimulaatiota ja aktiivisuutta, siksi heidän ei tarvitse etsiä uusia stimuloivia asioita kuten ekstrovertit tekevät. 

Ekstroverteillä on kohonnutta aktiivisuutta orbitofrontaalisen aivokuoren alueella, joka liitetään mm. päätöksentekoon. Ehkä ektroverttius on sitäkin, että ekstrovertti tekee useammin ja nopeammin päätöksiä kuin introvertti.

Neuroottisista oireista kärsivillä ihmisillä ovat keskimääräistä pienempiä ne aivojen osat, jotka ovat tekemisissä oppimisen, muistamisen ja päätöksenteon kanssa. Neuroottisuus on kykenemättömyyttä tukahduttaa vainoharhaisia kuvitelmia ja ajatuksia, joita mieleen tupsahtaa.

Aisteista hajuaisti on yllättäen tärkein ja monessa suhteessa kiehtova mm. siksi että se liittyy olennaisesti muistiin. Hajuaistijärjestelmä sijaitsee hippokampuksen ja muiden muistialueiden tuntumassa.

Tästä syystä hajut voivat nostaa muistoista esiin myös tunteita. Hajuaisti on osa limbistä järjestelmää, siksi se pääsee muita aisteja selkeämmin vaikuttamaan tunteisiin. Yllättäen makuaisti puolestaan on aivan liian yliarvostettu.

Aivot laittavat näköaistin muiden aistien etusijalle. Verkkokalvo saattaakin itse asiassa olla osa aivoja, ainakin se lienee samaa kudosta kuin aivot. Näkemisen prosessi on erilainen, jos siirrämme katsetta kohteesta toiseen tai seuraamme liikkuvaa kohdetta. 

Evoluution kannalta selitys on se, että jos ihminen on seurannut liikkuvaa kohdetta, kyse on ollut joko saaliista tai uhasta, jolloin on henki ollut kyseessä.

Samankaltaisia aivotutkimusta popularisoivia kirjoja suomeksi ovat mm: David Eaglemanin kaksi kirjaa: Aivot. Ihmisen tarina. Atena, 2018 sekä Incognito. Aivojen salattu elämä. Avain, 2012 ja norjalaisen Kaja Nordengin kirja Ainutlaatuiset aivot. Bazar, 2017. Suosittelen näitä kaikkia luettavaksi.

Unen terapia

Matthew Walker: Miksi nukumme. Unen voima. Suom. Heikki Eskelinen. Tammi, 2019. 

Oletko ihmetellyt, jos olet valvonut päivän ja seuraavan yön ja sinua väsyttää tavattomasti, mutta seuraavan päivän aikana piristyt, vaikka et ole nukkunut etkä edes torkahtanut? Selitys on seuraavanlainen: Nukkumista säätelevät kaksi erillistä tekijää, yhtäällä suprakiasmaattisen tumakkeen säätämä hieman yli 24 tunnin sirkadiaanirytmi ja toisaalla nukkumaan kehottava adenosiinin aiheuttama unipaine. Vähän ennen heräämistä sirkadiaanirytmi antaa aivoille ja muullekin elimistölle herätyssignaalin. Aamulla herätessä adenosiinia on kerääntynyt vain vähän, mutta sen määrä kasvaa koko ajan valveilla olon ajan. Kun olemme valvoneet ohi oman sirkadiaanirytmin, adenosiinia kerääntyy koko ajan kehittäen unipainetta, mutta sirkadiaanirytmin ollessa valvotun yön jälkeen päivällä huipussaan, unentarve onkin tietenkin vähäisempi kuin yöllä, jolloin sirkadiaanirytmi oli alimmillaan.

Uni on syklistä, jossa NREM- (non rapid eye movement) ja REM-vaiheet (rapid eye movement) vuorottelevat. Aluksi vaivumme syvään NREM-uneen, jolloin aivoissa tarpeettomia hermoliitoksia poistuu. Loppuyön REM-unen aikana hermoliitokset lujittuvat. NREM-unen aikana aivosolut ovat itseorganisoituneet ja toimivat tahdistettuina synkronisina aaltoina. Aistimusten tulliportti eli talamus estää aistimussignaalien siirtymisen aivokuoreen. Tällöin aivoissa siirtyy informaatiopaketteja helposti vaurioituvasta lyhytaikaisesta työmuistista turvallisempaan pitkäkestoiseen muistiin.

REM-unen aikana aivot näyttävät ikään kuin olisivat valveilla, mutta keho on unessa. REM-unessa palataan nopeasykkeisiin epäsynkronisiin aivoaaltoihin. Aivosolut käsittelevät eri nopeuksilla eri paikoissa informaatiota, kuten valveillakin. Talamus toimii kuten valveillakin, paitsi että aivokuoreen ei pääse aistimuksia ulkomaailmasta. Aivokuoressa temmeltävät tunteiden ja muistojen signaalit, jossa mielikuvat vaihtelevat ilman arkijärjen logiikkaa ja järjestystä.

Valveilla otamme vastaan ulkopuolista informaatiota. NREM-unessa varastoimme ja vahvistamme muistijälkiä ja pääsemme eroon joistakin  tarpeettomista muistijäljistä. REM-unessa yhdistelemme informaatiota luovalla tavalla aikaisempiin kokemuksiin ja muistoihin. Parhaimmillaan voimme REM-unen aikana oivaltaa uusia asioita ja ratkaista ongelmia, jotka meitä vaivaavat. REM-unen aikana ihminen on luovimmillaan. Silloin ihminen liittää eri informaationpalaset uuteen järjestykseen, jolloin hän voi keksiä jotain, mikä valveilla ei ole tullut mieleen. REM-unen aikana lihakset eivät toimi, sillä se estää villien mielikuvien muuttumisen todellisuudeksi.

Syvän NREM-unen aikana emme näe unia ja aineenvaihdunnan yleinen aktiivisuus laskee. Kun ihminen siirtyy nukkumisessa REM-uneen, aivoissa neljään eri kohtaan syntyy voimakasta aktiviteettia: 1. näkemistä ja tilatajua hallitseviin alueisiin aivojen takaosassa, 2. motoriseen aivokuoreen, joka käynnistää liikkeitä, 3. aivotursoon (eli hippokampukseen), joka ylläpitää ihmisen elämäkerrallista muistia, 4. tunteiden syntyä ja käsittelyä edistäviin alueisiin eli mantelitumakkeeseen ja aivokuoren pihtipoimuun.

Sen sijaan aivokuoren etuosan vasemmassa ja oikeassa äärilaidassa aktiivisuus vähenee voimakkaasti. Nämä alueet hallitsevat rationaalista ajattelua ja loogista päätöksentekoa. Noilta alueilta lähetetään toimintaohjeita aivojen alkukantaisimmille alueille mm. tunteita käsittelevälle alueelle. REM-unen aikana rationaalinen ajattelu on käytöstä pois lähes kokonaan.

Tutkimuksissa on mitattu koehenkilöiden aivojen eri alueiden aktiivisuutta ja mittaustuloksia on verrattu henkilön itsensä kertomaan uneen ja tällä tavalla on voitu kerätä tietoa ihmisen unien tyypeistä ja sisällöstä. Lopulta on voitu sanoa edes jotain koehenkilöiden unien sisällöstä pelkästään aivoskannauksen perusteella.

Unien sisältö ei ole edellisen päivän valveilla olon tapahtumien uusintaa. Yöllä unessa emme koe uudestaan päivän tapahtumia. Sen sijaan mullistava havainto on se, että päivän tapahtumien tunnetilat korreloivat seuraavan yön unissa. Kun koehenkilöt pitivät päiväkirjaa päivän tapahtumista ja tunnetiloista ja kun tunnetiloja verrattiin yöllä nähtyihin uniin, huomattiin että tunnetiloista ja huolista 35 - 55 prosenttia uusiutui yöllisessä unessa.

REM-unet ovat terapiaa. Aivojen kemiassa tapahtuu REM-unien aikana huomattavia muutoksia. Keskeinen stressiin liittyvä aine, rauhattomuutta lisäävä noradrenaliini, häviää aivoista REM-uneen siirryttäessä. REM-uni vuorokauden ainoa aika, jolloin aivoista ei normaalisti löydy noradrenaliinia.

Tunteisiin ja muistamiseen liittyvät mantelitumake, aivoturso ja aivokuoren alueet aktivoituvat voimakkaasti REM-unen aikana. REM-unessa käymme kiihtymystä aiheuttaneita tunnekokemuksia uudelleen lävitse ilman noradrenaliinin vaikutusta. REM-unen aikana liitämme kokemuksia omaelämäkerrallisiin muistiin ilman niihin liittyvää tunnelatausta. Jos REM-uni ei täyttäisi tätä tehtävää, eläisimme luultavasti kaikki pysyvässä ahdistuneisuuden tilassa.

Lisäksi on käynyt ilmi, että ihmiset, jotka ovat käyneet vaikeita elämäkokemuksia läpi, toipuvat helpommin, jos he näkevät unia noista tapahtumista. Jos traumaattisten kokemusten läpikäyneet näkevät unia muista asioista, mutta eivät noista traumaattisista tapahtumista, he eivät pääse traumoista eroon, vaan ovat jatkuvasti masentuneita. Traumaperäisestä stressihäiriöstä kärsivien PTSD-potilaiden REM-uni on häiriintynyttä eikä siis toimi terapiana, koska noradrenaliinin määrä ei laske edes REM-unen aikana.

Aivojen pitää kyetä erottamaan ikävistä muistoista niihin liittyviä tunteita heti ensimmäisten REM-unien aikana, muuten paranemista ei tapahdu vaan traumat palautuvat mieleen uudestaan ja uudestaan painajaisten muodossa. Yllättäen huomattiin, että verenpaineen alentamiseksi määrätty lääke pratsosiini vaikutti siten, että aivojen noradrenaliini saatiin laskemaan. Kun lääkettä annettiin PTSD-potilaille, nämä raportoivat siihen asti jatkuvasti toistuvien painajaisunien alkaneen vähentyä.

Ylipäätään uni on välttämätöntä terveydelle ja hyvinvoinnille. Unettomuus johtaa lopulta kuolemaan. Kirjoittaja korostaa, että jokaiselle pitäisi olla mahdollisuus riittävään uneen ja tuo mahdollisuus kannattaisi käyttää. Tämä koskee erilaisia kronotyyppejä, kuten aamu- ja iltavirkkuja. Koulujen ensimmäinen oppitunti voisi alkaa nykyistä myöhemmin ja iltavirkkujen kannattaisi hankkia työpaikka, jossa ei aamuvarhain tarvitse olla paikalla.

Aivotutkimuksen kehittyminen on avannut aivan uusia näköaloja tieteelliseen unitutkimukseenkin, siitä tämä kirja on oivana esimerkkinä. Kirjassa on hakemisto, mikä on aina plussaa tämänkaltaisissa teoksissa.

Aivot - monimutkainen verkosto

David Eagleman: Aivot. Ihmisen tarina. Atena, 2018. Suom. Mari Janatuinen.

Tämä kirja menee osittain päällekkäin Eaglemanin 'Incognito, aivojen salattu elämä' -kirjan kanssa.
 
Kirjailija määrittelee tietoisuuden suppeassa merkityksessä yhden esimerkin kautta.  Kun olemme hereillä, meillä on pääsääntöisesti tietoisuus ja kun olemme syvässä unessa, meillä ei ole tietoisuutta. Hereillä ollessamme miljardit neuronit ovat kuin suuressa salissa kokoontuneen joukon tuhannet yksittäiset keskustelut. Nukkuessamme aivot ovat yhtä aktiiviset kuin hereilläkin, mutta ne siirtyvät eri tilaan, jota voisi verrata suuren stadionin yleisöön tekemässä keskeytymätöntä aaltoliikettä yhä uudelleen ja uudelleen.

Muisti

Muisti on tunnetusti erehtyväinen, mutta yllätymme kun käsitämme kuinka väärässä muisti voi olla. Muistin vihollinen ei olekaan aika, vaan jatkuvasti tapahtuva muistikuvien lisäys. Jos yritämme palauttaa mieleen jonkin aikoja sitten tapahtuneen yksittäisen tapahtuman, jokin muistimme yksittäinen tekijä voi avata kokonaisen assosiaatioverkon. Kuitenkaan muistikuvamme eivät ole niin runsassisältöisiä kuin voisimme toivoa. Syy on se, että vaikka meillä on valtava määrä neuroneita, niitä on kuitenkin vain rajallinen määrä ja niiden kaikkien on tehtävä monenlaista yhtä aikaa.

Jos olemme sitä mitä muistikuvamme meille kertovat, identiteettimme on jatkuvasti muuttuva tarina, sillä muistikuvamme täydentyvät jatkuvasti ja muuttuvat. Kaikki yksityiskohdat, mitä väitämme muistavamme, eivät lainkaan pidä paikkaansa.

Todellisuus onkin eräänlainen illuusio, aivojen meille laatima näytös. Aivoilla ei sinänsä ole yhteyttä kehon ulkopuolelle, vaan aistit välittävät informaation aivoille. Meillä ei siis ole välitöntä kokemusta, vaan pelkkää sähkökemiaa aivojen pimeässä teatterissa. Vaikka arki meille toista sanoo, aivot tekevät valtavan työn, jotta esim. näkeminen vaikuttaisi niinkin vaivattomalta. Käytännössä luotamme suurelta osin sisäiseen malliimme, vaikka luulemme, että havainnoimme ulkomaailmaa tarkasti.

Logiikka ja emootiot 

Aivot ovat monimutkainen elin, jossa eri verkostot kiistelevät kuka käyttää valtaa. Tarkastellaan ajatusharjoituksena seuraavaa eettistä ongelmaa: Raitiovaunu vyöryy hallitsemattomasti kiskoja pitkin. Kauempana on neljä ihmistä kiskoilla ja sivustaseuraaja huomaa, että he ovat kuoleman vaarassa. Sivustaseuraaja voi kuitenkin vetää vivusta ja kääntää vaunun eri raiteelle, jossa kiskoilla on vain yksi ihminen. Ehkä suurinkin osa ihmisistä sivustaseuraajan asemassa varmaan saattaisi vetää vivusta, koska silloin pelastuisi neljä ihmistä ja vain yksi mahdollisesti menehtyisi.

Jatketaan ajatusharjoitusta hieman eri variaatiossa: Raitiovaunu syöksyy kiskoja pitkin ja neljä ihmistä on kiskoilla hengenvaarassa. Sivustaseuraaja seisookin tällä kertaa korokkeella ja hänen edessään on todella kookas henkilö, jonka keho varmaan pysäyttäisi raitiovaunun. Sivustaseuraajina meidän kuitenkin pitäisi tönäistä tämä kookas henkilö alas korokkeelta kiskoille juuri ennen vaunun tulemista kohdalle jotta vaunu pysähtyisi. Pystyykö sivustaseuraaja siihen, että uhraa yhden ihmisen hengen säästääkseen neljä muuta? Useimmat eivät pystyisi. Eikö kuitenkin kyse ole samasta ongelmasta, säästetään neljän ihmisen elämä sillä kun uhrataan yksi? Miksi ensimmäisessä esimerkissä useimmat vääntäisivät vivusta kuin jälkimmäisessä vain harvat työntäisivät ihmisen alas kiskoille?

Aivotutkimuksen kannalta vastaus on todella kiintoisa. Ensimmäisessä tapauksessa aktivoituvat aivojen ne osat, joita käytetään pääsääntöisesti loogiseen ratkaisuun. Tapaus näyttää olevan aivojen kannalta lähes tulkoon puhtaasti matemaattinen ongelma ja ratkaisu on sen mukainen. Jälkimmäisessä tapauksessa aktivoituvat aivojen niitäkin osia, jotka ovat tekemisissä emootioiden kanssa ja tiedostava minä sanoo, että ihmisen tappaminen on väärin, vaikka sen avulla voisikin pelastua neljä muuta ihmistä.

Tämä herättää luonnollisesti paljon kysymyksiä, mm. sen miksi joillakin ihmisillä aktivoituu loogisuutta käsittelevät aivojen osat ja miksi toisilla taas emootioita käsittelevät osat. Entäpä jos haluaisi itselleen tärkeissä päätöksissä painottaa loogisuutta tunteiden kustannuksella, olisiko mahdollista saada sopivia loogisten aivoalueiden ärsykkeitä, jotta päätökset olisivat analyyttisiä eivätkä tunteiden pohjalta tehtyjä? Mitäpä jos ennen päätöstä uravalinnan tekemisestä ihminen saisi halutessaan sopivia ärsykkeitä aivoihin, jolloin hän tekisi päätöksiä loogisesti eikä niinkään tunteenomaisesti?

Joka tapauksessa päätöksenteon säätämistä tapahtuu, vaikka emme sitä huomaa. Amerikkalaisissa tutkimuksissa on käynyt ilmi, että ehdonalaistuomarit jakavat epäoikeudenmukaisesti tuomioita. Huonoimmat mahdollisuudet ovat niillä ehdonalaisuuteen pyrkivillä rikollisilla, jotka joutuvat tuomittaviksi aamu- tai iltapäivän viimeisinä, jolloin nälän tunne alkaa vaivata tuomareita. Parhaat mahdollisuudet ovat niillä rikollisilla, joiden anomukset käsitellään heti aamulla tai heti lounaan jälkeen, jolloin tuomarit ovat saaneet energialisäyksensä. Päättäjien vatsa ja vire ratkaisevat tuomiot.

Tutkimuksissa on havaittu myös poliittisten näkemysten ja emotionaalisten reaktioiden yhteys. Vapaaehtoisten koehenkilöiden aivoihin oli kytketty skanneri aktivaation mittaamista varten. Koehenkilöille näytettiin kuvia asioista, jotka yleensä herättävät inhoreaktion, kuten esim. kuvia hyönteisten pilaamasta ruoasta. Heti tämän jälkeen tehtiin toinen koe, jossa selvitettiin poliittisia asenteita. Tutkijat havaitsivat, että mitä enemmän ensimmäisen kokeen kuvat vapaaehtoisia inhottivat, sitä konservatiivisempia henkilöt asenteiltaan todennäköisesti olivat. Ovatko poliittiset valinnat tai valinnat ylipäätään sittenkään kovin tietoisia, vaan tapahtuvatko ne jossain aivoissa minne tiedostava minä ei yllä?

Kaikilla meillä ihmisellä on intuitiivinen käsitys omasta vapaasta tahdosta, mutta tutkijat ovat tehneet näppärän kokeen, jossa tunne vapaasta tahdosta osoitetaan illuusioksi. Koehenkilöiden piti ensin päättää, kumpaa kättä nostaisivat ja sen jälkeen nostaa kyseistä kättä. Seuraavassa vaiheessa, sen jälkeen kun tutkittavat olivat päättäneet kumpaa kättä nostavat, vasenta vai oikeaa, tutkijat stimuloivat koehenkilöiden liikeaivokuorta. Monet koehenkilöt totesivat silloin haluavansa nostaa juuri sen käden, jota manipuloitiin. Ensin he olivat kenties valinneet oikean käden, mutta aivostimuloinnin jälkeen vaihtoivatkin käden vasempaan, juuri niin kuin tutkijat olivat ajatelleet. Kiintoisaa oli, että kysyttäessä koehenkilöt totesivat itse halunneensa nostaa juuri sen käden kuin nostivat, vaikka tutkijat olivat saaneet valinnan aikaan ärsyttämällä aivoja. Tietoinen mieli ei kovin helposti anna periksi ajatuksesta, jonka mukaan me teemme päätökset itse.

On ollut suuri edistysaskel, kun on pystytty auttamaan implanteilla kuuroja ja sokeita, mutta kirjan kirjoittajan mukaan tulevaisuudessa emme tarvitse tekoelimiä, koska pystymme aistimaan dataa suoraan yhdistettynä kehoomme niin että se on osa välitöntä kokemustamme. Päivän sää, pörssikurssit tai muut päivitykset voidaan koodata sellaiseen muotoon, jota aivomme oppivat käsittelemään ja ymmärtämään ilman, että meidän tarvitse tuijottaa näyttöruutua tai kuunnella puhetta.

Tarvitaanko ylipäätään kehoa elämän jatkamisen kannalta, ovatko aivojen toiminnot muuta kuin sähkökemiaa, joka voisi toimia toisellakin alustalla kehon ja aivojen lisäksi, vaikkapa tietokoneessa? Tällöin mieli ymmärretään ikään kuin tietokoneohjelmaksi, joka voi toimia erilaisissa laitteissa. Kirjan kirjoittaja kuitenkin toteaa itsekin, että on kaksi eri asiaa, jos ohjelma pystyy tuottamaan tekstin "tämä pallo on pyöreä ja punainen" ja kokea ja ymmärtää mitä on punaisuus ja pallon pyöreys.

Tietoisuus  

Kirjoittaja ymmärtää tietoisuuden synnyn siten, että kokonaisuus on enemmän kuin osiensa summa. Eagleman kirjoittaa, vaikka aivojen tai kehon osilla sinällään ei ole tietoisuutta, niiden muodostamalla kokonaisuudella sellainen on. Tietoisuus ei siis ole mikään henki, vaan aivojen ominaisuus. Kirjoittaja on ns. emergentti materialisti.

Eagleman kysyy itse, voiko mieli syntyä mistä tahansa, missä on keskenään vuorovaikutuksessa olevia osia. Voiko esimerkiksi kaupungilla olla tietoisuus? (Eagleman, s. 208.). Voisiko millä tahansa verkostolla olla tietoisuus, jos sillä on tarvittavien osien lisäksi riittävä määrä vuorovaikutusta? Eagleman tuo esille kiinnostavan tutkimuksen, jossa tutkijat ovat ehdottaneet tietoisuudelle kvantitatiivista määritelmää. Sen lisäksi, että osat ovat vuorovaikutuksessa, tarvitaan juuri oikeanlainen osasten organisoituminen kokonaisuudeksi.

Tietoisuuden synty edellyttää täydellistä tasapainoa, tarvitaan sekä monimutkaisuutta erilaisten tilojen esittämiseen sekä tarpeellinen määrä kytkentöjä eri osien välillä. Tasapaino voidaan kvantifioida ja vain täsmälleen oikealle vaihteluvälille asettuvat järjestelmät kokevat tietoisuutta. Tämän määritelmän avulla voitaisiin arvioida, onko elottomilla järjestelmillä, kuten vaikkapa kaupungilla tietoisuus. Tietoisuus siis kirjan kirjoittajan mukaan voi muodostua mille tahansa organisaatiolle, jonka tietovirrat on organisoitu oikein. Uskokoon ken tahtoo, mutta itse pidän tuolla tavalla määriteltyä tietoisuutta vain ihmisen tietoisen mielen irvikuvana. Tässä onkin hyvä palauttaa mieleen, että Eagleman määritteli kirjassa suppeasti tietoisuuden valveilla olon ja nukkumisen erona. Ihmisen tietoisuus kuitenkin käsittää subjektiiviset tunteet ja mm. itsetajunnan, käsityksen siitä mitä on olla ihminen ja ymmärtää rajallinen olemassaolonsa. On aika vaikea ymmärtää, miten millä tahansa organisaatiolla voisi olla tällaisia subjektiivisia kokemuksia ja elämyksiä itsetietoisuudesta puhumattakaan.

David Eagleman on epäilemättä huippututkija ja hän kirjoittaa kiinnostavasti. Kirja on ehdottomasti lukemisen arvoinen. Kirjasta puuttuu hakemisto, mikä on puute. Sen sijaan lopussa on hyödyllinen, joskin melko suppea sanasto