10 asiaa, jotka opimme aivoista vuonna 2018

Hämmästyttävät aivot

Aivot muovaavat paitsi sitä, keitä me olemme, myös maailmaa, jonka koemme. Se kertoo meille, mitä näemme, mitä kuulemme ja mitä sanomme. Ne laajenevat, jotta niihin mahtuu uusi kieli tai taito, jonka opimme. Ne kertovat tarinoita nukkuessamme. Se lähettää hälytyssignaaleja, ja se kannustaa kehoa juoksemaan tai taistelemaan, kun se havaitsee vaaran. Aivot sopeutuvat ympäristöön, jotta meitä ei ärsytä vanhan talon jatkuva haju tai ilmastoinnin jatkuva humina. Aivomme katsovat aurinkoa ja kertovat kehollemme, mitä kello on. Aivot tallentavat muistoja, niin kivuliaita kuin miellyttäviäkin.

Mutta niin olennaisia kuin aivot ovatkin olemassaolollemme, ne ovat meille silti yhtä salaperäisiä kuin planeetta kaukaisesta galaksista. Vielä vuonna 2018 neurotieteilijät löytävät yhä perustavanlaatuisia tosiasioita tästä noin 1,4 kilon painoisesta kudosmassasta. Joskus tutkijat saavat välähdyksen ihmisen aivoista tai näkevät, mitä ihmiselle tapahtuu, kun suuri osa aivoista puuttuu. Toisinaan taas tutkijoiden on tutkittava hiiriä oppiakseen lisää nisäkkäiden aivoista ja sitten arvuutteltava, miten nämä havainnot liittyvät omiin aivoihimme.

Tässä on joitakin kiehtovia asioita, joita opimme aivoista vuonna 2018.

Uudenlainen hermosolu

Ei ole jokapäiväistä, että tiedemiehet löytävät ihmisaivoista täysin uudenlaisen solutyypin, varsinkaan sellaisen, jota ei löydy neurotieteilijöiden suosikkikohteista, hiiristä. ”Ruusunokkaneuroni”, joka on saanut nimensä pensasmaisen ulkonäkönsä vuoksi, oli jäänyt tutkijoilta huomaamatta tähän vuoteen asti, osittain siksi, että se on niin harvinainen.

Tämä vaikeasti tavoitettava aivosolu muodostaa vain noin 10 prosenttia aivokuoren ensimmäisestä kerroksesta, joka on evoluution kannalta yksi aivojen uusimmista osista (mikä tarkoittaa, että nykyihmisten kaukaisimmilla esi-isillä ei ollut tätä rakennetta). Neocortexilla on tehtäviä näkökyvyssä ja kuulossa. Tutkijat eivät vielä tiedä, mitä ruusunmarjaneuroni tekee, mutta he havaitsivat, että se kytkeytyy muihin pyramidisoluiksi kutsuttuihin neuroneihin, jotka ovat eräänlaisia kiihdyttäviä neuroneja, ja jarruttaa niitä.

U.D., neurotieteen potilas

Lääketieteellisessä kirjallisuudessa nimellä ”U.D.” tunnetulta pojalta poistettiin neljä vuotta sitten kolmasosa hänen aivojensa oikeasta aivopuoliskosta heikentävien kohtausten vähentämiseksi. Poistettuun aivojen osaan kuului hänen takaraivolohkonsa oikea puoli (aivojen näönkäsittelykeskus) ja suurin osa hänen oikeasta ohimolohkostaan, aivojen äänenkäsittelykeskuksesta. Nyt 11-vuotiaana U.D. ei näe maailmaansa vasemmalta puolelta, mutta hän toimii yhtä hyvin kuin muutkin ikäisensä kognition ja näönkäsittelyn suhteen, vaikka hänellä ei ole kyseistä keskeistä aivojen osaa.

Se johtuu siitä, että aivojen molemmat puolet käsittelevät suurinta osaa näönkäsittelystä. Oikea puoli on kuitenkin hallitseva kasvojen havaitsemisessa, kun taas vasen puoli on hallitseva sanojen käsittelyssä, U.D:stä kirjoitetun tapaustutkimuksen mukaan.

Tässä tutkimuksessa osoitetaan aivojen plastisuus; kun U.D:n oikea näönkäsittelykeskus puuttui, vasen keskusta astui tilalle kompensoimaan sitä. Tutkijat havaitsivat nimittäin, että U.D:n aivojen vasen puoli havaitsi kasvot yhtä hyvin kuin oikea olisi havainnut.

Aivot saattavat sisältää bakteereja

Aivomme saattavat kuhista bakteereja. Mutta ei hätää – ei näytä siltä, että ne aiheuttaisivat mitään haittaa.

Viime aikoina tutkijat luulivat, että aivot ovat bakteerivapaa ympäristö ja että mikrobien esiintyminen on merkki sairaudesta. Mutta tänä vuonna Society for Neuroscience -järjestön suuressa vuosittaisessa tieteellisessä kokouksessa esitellyssä tutkimuksessa saadut alustavat tulokset osoittivat, että aivoissamme voi itse asiassa olla vaarattomia bakteereja.

Tutkimuksen tutkijat olivat tutkineet 34 kuolemanjälkeistä aivoa etsien eroja skitsofreniaa sairastavien ja niiden välillä, joilla ei ole skitsofreniaa. Tutkijat kuitenkin törmäsivät kuvissa jatkuvasti sauvamaisiin esineisiin, ja nämä muodot osoittautuivat bakteereiksi.

Mikro-organismit näyttivät asustavan aivojen joissakin paikoissa enemmän kuin toisissa; näitä alueita olivat muun muassa hippokampus, prefrontaalinen aivokuori ja substantia nigra. Mikrobeja löytyi myös astrosyyteiksi kutsutuista aivosoluista, jotka olivat lähellä veri-aivoestettä, aivoja varjelevaa ”rajamuuria”.

Löydöksiä ei ole vielä julkaistu vertaisarvioidussa lehdessä, ja lisätutkimuksia tarvitaan löydösten vahvistamiseksi, tutkijat sanoivat.

Aivot ovat magneettiset

Aivomme ovat magneettiset. Tai ainakin aivot sisältävät hiukkasia, jotka voidaan magnetoida. Tutkijat eivät kuitenkaan oikein tiedä, miksi näitä hiukkasia on aivoissa tai mistä ne ovat peräisin. Jotkut tutkijat uskovat, että nämä magnetoituvat hiukkaset palvelevat biologista tarkoitusta, kun taas toiset sanovat, että hiukkaset ovat joutuneet aivoihin ympäristön saastumisen vuoksi.

Tänä vuonna tutkijat kartoittivat, missä nämä hiukkaset sijaitsevat aivoissa. Heidän tutkimuksensa tulokset antavat tutkijoiden mukaan todisteita siitä, että hiukkaset ovat siellä jostain syystä. Tämä johtuu siitä, että kaikissa tutkijoiden tutkimissa aivoissa – jotka olivat peräisin seitsemältä ihmiseltä, jotka kuolivat 1990-luvun alussa ja olivat iältään 54-87-vuotiaita – magneettihiukkaset olivat aina keskittyneet samoille alueille. Tutkijat havaitsivat myös, että useimmat aivojen osat sisälsivät näitä pieniä magneetteja.

Monien eläinten aivoissa on myös magneettisia hiukkasia, ja on jopa viitteitä siitä, että eläimet käyttävät näitä hiukkasia navigointiin. Mikä parasta, eräs bakteerityyppi, jota kutsutaan magnetotaktisiksi bakteereiksi, käyttää hiukkasia suunnistaakseen avaruudessa.

Virus vastuussa ihmisen tietoisuudesta?

Muinainen virus tartutti ihmistä kauan sitten, ja tämä hyökkääjä jätti jälkeensä geneettisen koodinsa DNA:han. Tänä vuonna tutkijat havaitsivat, että tuon muinaisen viruksen DNA:n pätkillä on elintärkeä rooli aivosolujen välisessä viestinnässä, jota tarvitaan korkeamman asteen ajattelussa.

Ei ole harvinaista, että ihmisellä on mukanaan pätkiä viruksen geneettisestä koodista; noin 40-80 prosenttia ihmisen genomista koostuu virusten jälkeensä jättämistä geeneistä.

Tämänvuotisessa tutkimuksessaan tutkijat havaitsivat, että Arc-niminen viruksen geeni paketoi muun geneettisen informaation, ja se lähettää sen hermosolusta toiseen. Tämä geeni auttaa myös soluja järjestäytymään uudelleen ajan myötä. Lisäksi Arc-geenin ongelmia esiintyy yleensä ihmisillä, joilla on autismia tai muita hermostollisia häiriöitä.

Tutkijat toivovat nyt saavansa selville tarkan mekanismin, jolla Arc-geeni on päässyt perimäämme ja mitä se tarkalleen ottaen kertoo aivosoluillemme.

Nuoria soluja vanhoissa aivoissa vai ei?

Kehomme hävittää jatkuvasti vanhoja soluja ja muodostaa uusia. Mutta vuosikymmeniä tutkijat uskoivat, että tätä solujen vaihtumista ei tapahdu ikääntyvissä aivoissa. Viime vuosina hiirillä tehdyt tutkimukset – ja jotkut varhaiset ihmisillä tehdyt tutkimukset – ovat kuitenkin herättäneet kysymyksiä tästä käsityksestä.

Tänä vuonna julkaistussa artikkelissa esitettiin ehkä ensimmäiset vahvat todisteet siitä, että iäkkäät aivot tekevät uusia soluja. Tutkijat tutkivat 28 kuolemanjälkeistä, ei-sairasta aivoa ihmisiltä, jotka olivat kuollessaan 14-79-vuotiaita. Tutkijat leikkasivat jokaisen aivojen hippokampuksen, joka on oppimisen ja muistin kannalta tärkeä aivojen alue, ja laskivat sitten niiden nuorten solujen määrän, jotka eivät olleet täysin kypsiä. Tutkijat havaitsivat, että vanhemmissa aivoissa oli yhtä paljon uusia soluja kuin nuoremmissa aivoissa, mutta että vanhemmat aivot muodostivat vähemmän uusia verisuonia ja aivosolujen välisiä yhteyksiä.

Komplisoidakseen tilannetta toinen tutkimus, joka julkaistiin kuukautta ennen tätä tutkimusta, havaitsi kuitenkin päinvastaisen tuloksen ja päätteli, että aikuisten aivot eivät muodosta uusia soluja hippokampuksessa. Erimielisyys voi johtua tavasta, jolla aivot säilöttiin näissä kahdessa tutkimuksessa, ja siitä, millaisia aivoja tutkittiin. (Aiemmassa tutkimuksessa tarkasteltiin aivoja, joilla oli erilaisia terveysongelmia, kun taas myöhemmässä tutkimuksessa tarkasteltiin vain ei-sairaita aivoja. Ne saattoivat myös käyttää erilaisia säilöntätekniikoita, jotka saattoivat vaikuttaa soluihin.)

Aivosi stressiin

Paha uutinen: Stressi saattaa kutistaa aivoja. Näin kertoo tämän vuoden lokakuussa julkaistu tutkimus.

Tutkimuksessa tutkijat tarkastelivat yli 2 000 tervettä keski-ikäistä ihmistä ja havaitsivat, että niillä, joilla oli korkeampi stressihormoni kortisolin määrä, oli hieman pienemmät aivojen tilavuudet kuin ihmisillä, joilla oli normaali määrä hormonia. Ihmiset, joilla oli korkeampi kortisolipitoisuus, suoriutuivat myös huonommin muistitesteistä kuin ihmiset, joilla oli normaali hormonipitoisuus. Molemmat havainnot, on huomattava, ovat assosiaatioita stressin ja aivojen välillä eivätkä syy-seuraus -löydöksiä.

Stressi on elimistölle normaalia: Stressihetkillä kortisolitasot nousevat yhdessä toisen hormonin, adrenaliinin, kanssa. Nämä hormonit toimivat yhdessä heittäen kehosi taistele tai pakene -reaktioon. Mutta kun stressi on ohi, kortisolitasojen pitäisi laskea. Näin ei kuitenkaan aina tapahdu. Joillakin ihmisillä, erityisesti tässä nykyaikaisessa elämässä, kortisolitasot voivat olla koholla pitkiä aikoja. Stressin vähentämisellä – esimerkiksi nukkumalla paremmin, liikkumalla, harrastamalla rentoutumistekniikoita ja ottamalla kortisolia alentavia lääkkeitä – voisi olla monenlaisia hyötyjä, tutkijat sanoivat.

Päästävätkö aivosi sinut kuulemaan omat askeleesi?

Klik, klik, klik: Saatat joutua kiittämään aivojasi siitä, että ne säästävät sinua kuulemasta jokaista askelta, jonka otat. Tänä vuonna hiirillä tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että hiiren aivot mitätöivät eläimen omien askelten äänen. Näin otukset pystyivät paremmin kuulemaan ympäristönsä muut äänet, kuten saalistajan äänet.

Tutkijat havaitsivat, että hiiren aivot rakensivat melusuodattimen, kun aivot tottuivat tiettyyn ääneen. Se teki tämän kytkemällä soluja motorisella aivokuorella, joka on liikkeisiin liittyvä aivojen alue, kuuloaivokuorelle, joka on ääniin liittyvä alue. Yksinkertaisesti sanottuna motorisen aivokuoren aivosolut laukaisevat signaaleja, jotka estävät kuuloaivokuoren aivosoluja laukaisemasta omia signaalejaan – käytännössä mykistävät kuuloaivokuoren.

Ja vaikka tutkimus tehtiin hiirillä, tutkijat uskovat, että tuloksia voitaisiin soveltaa myös ihmisiin. Tämä johtuu siitä, että meillä on samanlaisia järjestelmiä jo käytössä. Esimerkiksi taitoluistelijoiden aivot oppivat, mitä liikkeitä on odotettavissa, ja estävät neuronit kumoavat refleksit, jotka estäisivät näitä urheilijoita pyörähtämästä ja suorittamasta hulluja pyörähdyksiään.

Psykedeeliset huumeet voivat muuttaa aivosolujen rakennetta

Uuden tutkimuksen mukaan psykedeeliset huumausaineet voivat uuden tutkimuksen mukaan muuttaa fysikaalisesti aivojen solujen rakennetta. Tutkimus tehtiin aivosoluilla laboratorioastioissa ja eläimillä, mutta jos havainnot pitävät paikkansa ihmisillä, tulokset voivat merkitä sitä, että nämä huumeet voivat auttaa ihmisiä, joilla on tiettyjä mielialahäiriöitä.

Se johtuu siitä, että masennuksesta, ahdistuneisuudesta tai muista mielialahäiriöistä kärsivillä ihmisillä hermosoluilla on taipumus kutistua prefrontaalisella aivokuorella, joka on tunteiden hallinnan kannalta tärkeä osa aivoista. Ja niiden haarat – joiden avulla neuronit keskustelevat toisten neuronien kanssa – vetäytyvät. Mutta kun tutkijat lisäsivät psykedeelisiä huumeita, kuten LSD:tä ja MDMA:ta, rottien hermosoluja sisältäviin petrimaljoihin, he huomasivat, että hermosolujen yhteyksien ja haarojen määrä lisääntyi.

Kakkosaivot suolistossa?

Miljoonat aivosolut elävät paksusuolessa, ja koska nämä solut toimivat ilman ohjeita aivoista tai selkärangasta, tutkijat kutsuvat joskus niiden massaa ”toiseksi aivoksi”. Mutta tällä massalla on myös tieteellinen nimi: suolistohermosto. Ja uusi hiirillä tehty tutkimus osoittaa, että järjestelmä on melko fiksu; se voi laukaista synkronoituja neuroneja stimuloidakseen lihaksia ja koordinoidakseen niiden toimintaa niin, että se voi tehdä asioita, kuten siirtää ulostetta ulos kehosta.

Myös varsinaiset aivot (ne, jotka ovat päässänne) pystyvät tähän – synkronoimaan neuronien laukeamisen – aivojen kehityksen alkuvaiheessa. Tämä tarkoittaa, että hermosolujen toiminta suolistossa voisi olla ”alkukantainen ominaisuus” toisen aivojen kehityksen alkuvaiheista. Jotkut tutkijat jopa olettavat, että toiset aivot ovat kehittyneet ennen ensimmäisiä aivoja ja että tämä palamismalli on peräisin elimistön varhaisimmista toimivista aivoista.