Esileht > ajuteadus > Koostöö ajus: raadiost vaimsete võimeteni

Koostöö ajus: raadiost vaimsete võimeteni

Lihtsustatult kirjeldades koosneb meie aju tohutult paljudest erinevatest töötlusüksustest, mis on rohkemal või vähemal määral spetsialiseerunud ühe või teise osaülesande lahendamisele. Mingi hetke-eesmärgi (selle tekstikatkendi lugemise, telefoninumbri meeldejätmise jne) täideviimiseks on tarvis, et just õige kombinatsioon nendest töötlusüksustest omavahel koostööd teeks, kusjuures see kombinatsioon võib muutuda sekundi murdosa jooksul. Seega kerkibki küsimus, kuidas on ajus võimalik kiiresti ja mugavalt lühiajaliseks koostööks omavahel ühendada õiged töötlusüksused – kuidas on võimalik aju tööd dünaamiliselt koordineerida.

Üks huvitav idee vastava probleemi lahendamiseks on välja pakutud Saksamaa neuroteadlaste Pascal Friesi ja Wolf Singeri poolt. Nimelt arvavad nad, et erinevaid neuronigruppe on võimalik omavahel sõlmida sünkroonse laenglemise abil. See tähendab, et omavahel informatsiooni vahetavad neuronigrupid peaksid „suhtlemiseks“ mõnda aega laenglema sarnases rütmis, olles samal ajal omavahel mingis kindlas faasisuhtes. Analoogia võiks olla järgnev: kaks vastasmajades elavat inimest räägivad omavahel läbi akende, mis tuule tõttu vahepeal avanevad, vahepeal sulguvad; kui aknad on lahti samaaegselt, siis inimesed saavad omavahel suhelda, vastasel juhul ühe sõnum teiseni ei jõuaks, kuna tolle aken on parajasti suletud.

Ajus võimaldaks sünkroonne rütmiline laenglemine luua sarnaseid „suhtlusaknaid“ erinevate töötlusüksuste vahel. Kirjeldatud töötlusskeemi elegantne omadus ja eelis on see, et pelgalt rütmi muutmisest piisab, et kontrollida omavahel koostööd tegevate neuronipopulatsioonide kombinatsiooni – kui töötlusüksus A muudab oma membraanipotentsiaale ühe rütmiga ja C teise rütmiga, siis võib B valida suhtlemiseks A või C, muutes lihtsalt iseenda rütmi sarnaseks ühe või teise omaga. Kuna erinev rütm tähendab erinevat sagedust, siis tuuakse siinkohal tihti raadio analoogia: ühe või teise raadiojaama kuulamiseks keerame nuppu, mis meid sobivale sagedusele sätib. See on teoreetiliselt väga ilus idee, mille kohta aga senini puudus otsene tõendusmaterjal ajust.

Laura Colgin Norras Trondheimis asuvast Kavli süsteemide neuroteaduse instituudist ja tema kolleegid uurisid rütmilisi sünkroniseerimisprotsesse roti hipokampuses. Aju limbilisse süsteemi kuuluv ja oimusagaras paiknev hipokampus on tarvilik mälusisude salvestamiseks pikaajalisse mällu. Hipokampuse neuronipopulatsioonid on rütmiliselt aktiivsed nii madalasageduslikus teeta-rütmis (4-8 Hz) kui ka kõrgesageduslikus gamma-rütmis (antud juhul 25-150 Hz). Huvitaval kombel tundub, et gamma-rütm hipokampuses jaguneb ise veel mitmeks erineva funktsiooniga sagedusribaks. Sellest ja eelmises lõigus tutvustatud teoreetilistest ideedest lähtuvalt oligi teadlastel hüpotees, et erinevad gamma-rütmid hipokampuses väljendavad erinevate töötlusüksuste omavahelist suhtlemist erinevates sagedusribades. Nad testisid seda ideed, mõõtes neuronaalset aktiivsust kolmest piirkonnast hipokampuse-süsteemis, mida me võime lihtsuse mõttes nimetada taas A’ks, B’ks ja C’ks*. Autorid leidsid, et piirkonnas B valitsevad kaks erinevat gamma-rütmi – üks kõrgema sagedusega (65-140 Hz) ja teine madalamaga (25-50 Hz). Need rütmid ei esinenud seal samaaegselt, mis sobis võimalusega, et nad peegeldavad vahelduvat informatsioonivahetust A ja C’ga. Tänu oma mõõtmistele nendest kolmest erinevast piirkonnast suutsidki Laura Colgin ja kolleegid näidata, et need kaks erinevat sagedusriba B’s väljendavad suhtlemist kas A või C’ga. Nimelt leiti, et kui piirkonnas B mõõdetakse kõrgemat gamma-rütmi, siis on samas sagedusribas aktiivne ka piirkond A, kuid C vaikib. Kui aga B’s valitseb madalam gamma-rütm, siis on sarnases sagedusribas aktiivne just piirkond C, samas kui A vaikib. Lisaks uuriti sünkroonsust vastavate paaride A ja B ning B ja C vahel ning näidati, et A ja B sünkroniseeruvad omavahel kõrgemas gamma-sagedusribas ning B ja C omavahel madalamas gamma-sagedusribas.

Kokkuvõtvalt toetavad need tulemused hüpoteesi, et hipokampuses toimub erinevate töötlusüksuste omavahelise kommunikatsioon gammasagedusliku sünkroniseerimise abil. Laura Colgini ja kolleegide töö on oluline, sest ta viitab võimalusele, et rütmilise võnkumise sageduse muutmine aju ühes või teises töötlusüksuses võimaldab reguleerida antud hetkel omavahel suhelda saavate neuronigruppide kombinatsiooni. Selline kiire ja paindlik viis informatsioonivoolu suunamiseks võib olla üks aju olulisemaid talitusprintsiipe. Mõne hüpoteesi kohaselt tekib isegi teadvuslelamus ajus just mitmete töötlusüksuste omavahelise gammasagedusliku sünkroniseerimise tulemusena. Lisaks on tõendusmaterjale väitele, et häiritud sünkroniseerimisprotsessid on seotud vaimsete haigustega nagu näiteks skisofreenia. Seega võivad rütmilised võnkumised ja nendevaheline sünkroniseerimine ajus olla aluseks kogu aju tööle ja kõigile meie vaimsetele võimetele.

* A – mediaalne entorhinaalkorteks; B – hipokampuse CA1; C – hipocampuse CA3.

Lugemist:
Colgin, L.L. jt. (2009). Frequency of gamma oscillations routes flow of information in the hippocampus. Nature, 462, 353-357.
Fries, P. (2005). A mechanism for cognitive dynamics: neuronal communication through neuronal coherence. Trends in Cognitive Sciences, 9, 474-480.

See kirjatükk ilmus mõne kuu eest pisut muudetud kujul ka ajakirjas Horisont. Muuseas, poodides on uus Horisondi number – minge ja ostke, lugege teadust!

Rubriigid:ajuteadus
  1. zeeta
    september 17, 2010, 8:03 e.l.

    ole sa tänatud!

  2. Margus
    september 19, 2010, 2:29 p.l.

    aju on ikka üpris keerukas. vahel meediast tundub justkui oleksid aju küsimused kõik kohe-kohe lahendatud või suisa justkui me juba mõistaksime aju otsast lõpuni. mõnes mõttes on isegi hea, et see nii pole, aga teises mõttes jah ajust arusaamine aitaks meil ravida skisofreeniat ja teisi vaimseid haiguseid. küllap peagi sinnani jõutakse?

  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