Esileht > ajuteadus > Üllatus-üllatus!

Üllatus-üllatus!

Tänapäeva mõjukad teooriad selle kohta, kuidas aju töötab, rõhutavad seda, et aju töö üldprintsiibiks on ennustamine: põhiküsimuseks igal ajahetkel on “mis juhtub järgmisena?“. Sellise küsimuse tähtsust saab selgitada väga lihtsalt: tehes ennustusi on võimalik hästi ennustatavatele olukordadele kiiremini reageerida, kuna aju on nende jaoks juba valmis; kuid veelgi olulisem on see, mis juhtub siis, kui ennustus ei ole nii täpne – siis on võimalik süsteemi sisenevast üllatavast informatsioonist paremini õppida, sest olemas on ka ennustus, mida saab sisendiga võrrelda ja kust saab välja arvutada niiöelda ennustusvea, mis on oluliseks õppimissignaaliks ajus – midagi läks valesti, sellest tuleb õppida! Näiteks astudes kogemata instituudijuhataja kabinetti, arvates et see on tualettruum, võib seal üllatunud professorit kohates ühe korra piinlikult vabandades väljuda, kuid oleks parem, kui teist sellist korda enam ette ei tuleks.

Kuidas võiks selline “õpime ennustusvigadest” protsess ajus toimuda? Kui ennustamine on aju töö üldprintsiip, siis on oodata, et ka vastavad õppimisprotsessid toimuvad ajus mitmel tasandil – nii lokaalselt üksikute neuronipopulatsioonide kui ka erinevate ajusüsteemide tasandil. Vaatleme aga seekord ühte konkreetset hüpoteesi, mille Lisman ja Grace pakkusid välja oma 2005. aasta väga tuntuks saanud ülevaateartiklis. Nende idee oli lihtsalt sõnastades järgnev: aju mälukeskuses hippokampuses arvutatakse välja vastav üllatussignaal sisendinformatsiooni (professor) ja ennustuse (valamu ja seebianum) vahel. See üllatussignaal saadetakse keskaju struktuuridesse, mille üks funktsioon on (väga lihtsustatult öeldes) dopamiini abil mõjutada, milliseid mälusisusid hippokampuses hiljem salvestatakse. Ja muidugi on just üllatav ja uus info see, mille salvestamine tähtis on. Hüpotees on kena, aga kuidas seda kontrollida?

fMRI on küll kena ajukuvamismeetod, mille abil saaks näha nii hippokampuse kui ka muude huvitavate struktuurde aktiivsust, kuid tema ajaline lahutusvõime on tõepoolest halb – enamus huvitavaid ajuprotsesse toimub paarisaja millisekundi vältel, üliväikeste vahede ja vahel millisekundi täpsusega, seega jääb fMRI oma sekunditesse ulatuva lahutusvõimega antud küsimuse uurimiseks puudulikuks. EEG ja MEG on küll ajas väga täpse lahutusvõimega, kuid nende abil pole ruumis võimalik nõnda täpselt ajuaktiivsust lokaliseerida, eriti kui tegu on ajukoore all asuvate struktuuridega nagu antud juhul. Appi tulevad kliinilised juhud, kus ühel või teisel põhjusel on patsiendi ajju puuritud augud ja asetatud mõned elektroodid. Põhjused on muidugi alati piisavad, et sellist invasiivset lähenemist õigustada – näiteks on patsientidel epilepsia, mida ei ole võimalik ravida medikamentide abil ja kus aitab vaid epilepsiakeskuse ajust eemaldamine. Selle protseduuri ohutuks läbiviimiseks pannakse patsiendi ajju mõneks ajaks elektroodid, et epilepsiakeskuse asukoht täpsemalt välja peilida. Nii veedabki selline patsient vahel mitu nädalat traadid ajus, kuni arstid on otsustanud, kas ja kust opereerida. Sel ajal patsiendil endal suurt midagi teha pole, nii et ta on vahel täitsa rõõmus, kui tema juurde tulevad teadlased, kes talle mõningaid pilte näitavad ja temaga mõned ülesanded teevad. Patsientide jaoks see pole keeruline, kuid ajuteaduse jaoks on tegu tohutult olulise andmeallikaga: otse inimaju seest tehtavad mõõtmised on tähtsad ajuteaduse suurte ja väikeste küsimuste vastamiseks. Nii ka antud juhul.

Elektroodid, mis olid asetatud patsientide hippokampusesse, mõõtsid tõepoolest üllatussignaali – kui viimane objekt piltidereas oli teisest kategooriast kui eelnevad (maja pärast mitut erinevat nägu), siis võis hippokampusest leida tugevamat aktiivsust võrreldes juhuga, kus viimane objekt sobis muude piltidega. See signaal tekkis umbes 185 ms pärast objekti esitamist ja esindas ilmselt üllatava objekti tuvastamist. Umbes kolmsada millisekundit hiljem võis samast ajupiirkonnast mõõta veel teise aktiivsuslaine, mis oli seotud objektide eduka mällusalvestamisega. Ka see oli tugevam üllatavate objektide korral, just nii nagu oodatud. Kuid mis juhtus vahepeal? Kas keskaju struktuurid said hippokampusest varajase üllatussignaali, aktiveerusid selle toimel ise ja aitasid dopamiini abil kaasa hilisemasse mälusisude salvestamisesse? Kõlab ju lihtsana – tuleks ka sealsetesse piirkondadesse elektroodid sisestada. Kuid nagu enne juba mainida üritasin, asetatakse elektoodid alati ajju vaid diagnostilistel kaalutlustel – aju tööst huvitatud teadlastel pole selles suhtes palju kaasa rääkida (ja ehk ongi nii parem). Ei ole aga haigust, mille korral peaksid elektroodid asetsema korraga nii vastavates keskaju struktuurides kui ka hippokampuses. Seega tuli teadlastel appi võtta teine patsiendipopulatsioon – nimelt on kroonilise depressiooniga patsientide raviks hiljuti välja pakutud just keskaju struktuuride stimuleerimine. See toimub aga taaskord elektroodide abil, millelt saab siis ka aktiivsust mõõta. Mõeldud, tehtud (kõlab palju lihtsamalt, kui ta tegelikult on). Seega viidi sama piltidega katseparadigma läbi ka sääraste depressioonipatsientidega ja leiti, et üllatavad objektid tekitavad ka keskaju vastavates piirkondades erilist aktiivsust ja seda ajal, mis sobib ülalpool väljapakutud hüpoteesiga: hippokampus tuvastab üllatava objekti, saadab vastavasisulise info edasi keskajju, kust väljutatakse dopamiini, mis võimaldab hippokampuses seda üllavat objekti ja temaga seonduvat paremini mällu talletada. Vot nõnda!

See ilus töö ilmub selle nädala teises pooles ajakirjas Neuron.

Allikas: Axmacher et al., 2010. Intracranial EEG Correlates of Expectancy and Memory Formation in the Human Hippocampus and Nucleus Accumbens

Rubriigid:ajuteadus
  1. jaanaru
    veebruar 22, 2010, 11:20 e.l.

    huvitavatest töödest, kus küsimusi vastati inimaju seest mõõdetud ajuaktiivsusega, kirjutasime ka siin – https://teadvus.wordpress.com/2009/05/11/simpsonite-neuron-inimajus/ ja siit https://teadvus.wordpress.com/2008/10/11/tnk-ja-uksikelektroodid-inimajus/ (üksikud neuronid inimajus vastavad Simpsonitele ja muule, sõltuvalt sellest, kas neid teadvustatakse või ei)

  2. jaanaru
    veebruar 22, 2010, 6:00 p.l.

    veel töid intrakraniaalsete elektroodide abil, millest siin blogis pajatanud oleme: visuaalse taju kiirusest ( https://teadvus.wordpress.com/2009/05/04/kui-kiire-on-aju/ ) ja teadvuse neuronaalsetest korrelaatidest ( https://teadvus.wordpress.com/2009/12/03/koik-mis-on-neuronis-pole-kuld/ )

  3. Jaan
    veebruar 24, 2010, 5:11 p.l.
  1. No trackbacks yet.

Lisa kommentaar

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Muuda )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Muuda )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Muuda )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Muuda )

Connecting to %s