Esileht > aju ja teadvus, ajuteadus > Gamma-rütmide kaardimajake

Gamma-rütmide kaardimajake

Gamma rütmid on vaat et kurikuulsad, kuna neid on nii teaduses kui ka pseudoteaduses seotud intelligentsi, kõrgemate vaimsete võimete, tähelepanu ja teadvusega. Oleme kirjutanud nii sellest, mis need gamma rütmid on, kui ka sellest, kuidas nad ajalooliselt 1990ndate alguses ajuteaduse huviorbiiti kerkisid. Tollal, 20 aastat tagasi, oli minu praegune instituut üks väheseid, kus gamma-rütme aktiivselt uuris, ning seda uurimisasutust peetakse teenitult üheks gamma-rütmide populaarsuse sünnikohaks (kirjeldatud oli neid ka varem, nt Walter Freemani poolt). Kahtlemata on gamma-rütmid tänapäeva ajuteaduses üks tähtis märksõna ja muuhulgas oleme ka ise Tallinnas uurinud nende seost teadvustamisprotsessidega. Kuid kas on võimalik, et kogu see gamma-lugu on eksitav ja läheb lähemate aastate jooksul ümberhindamisele? Esitan järgnevalt mõned mõtted selle pisut uskumatu väite toetuseks.

Singer ja kolleegid kirjeldasid gamma-rütme üldtuimestuse all oleva kassi visuaalses korteksis. Gamma-rütmid ilmnesid, kui kassile näidati erisuguseid võresid ja joonekesi, kusjuures mõõtmised tehti mikroelektroodidega. Tekkinud gamma-rütmid olid tugevad ja keegi ei kahtle, et üldtuimestuse all oleva kassi visuaalses korteksis on neid võimalik mõõta. Aga juba see tõsiasi peaks taipliku lugeja jaoks tähendama, et gamma-rütmid ei saa niisama lihtsalt olla seotud teadvusega – kui üldtuimestuse all on võimalik mõõta tugevaid (ja tihtipeale ärkveloleku seisundist tugevaimaid) gamma rütme, siis ei saa gamma-rütmid iseenesest olla teadvuse näidikud. Aga igal juhul on nad mõõdetavad. Ja gamma rütme on leitud ka teiste loomade ajust, ja mitte ainult üldtuimestuse all, vaid ka ärkveloleku seisundis.

Need tulemused andsid hoogu suurele hulgale EEG-töödele, milles hakati gamma-rütme uurima inimajus. EEG on suur samm mikroelektroodide töödest eemale: kui mikroelektroodid mõõdavad väljapotentsiaalis tuhandete neuronite aktiivsust, siis EEGsse, mida mõõdetakse kolbale kinnitatud elektroodide abil, panustavad kümned miljonid neuronid. Seetõttu mõneti üllataval kombel hakkasid ilmnema tööd, kus ka EEGs leiti gamma-rütme. Esimesed tööd avaldati 1990ndate aastate keskpaigas, kuid tänapäeval võib pea iga nädal leida mõne uue gamma-rütme kirjeldava töö. Milles siis probleem?

Samm mikroelektroodidelt EEGni tundus uskumatu, kuid kuna tulemused tulid sarnased mikroelektroodide omadele, siis interpreteeriti EEGs ilmnevaid gamma-rütme sarnaselt mikroelektroodide töödele. Esimene suurem tagasilöök oli Yuval-Greenbergi jt 2008. aastal Neuronis ilmunud töö, kus näidati, et suur osa EEGs mõõdetavatest gamma-rütmidest on mikrosakaadide artefakt (oleme vastavat probleemistikku kirjeldanud siin ja siin). Nüüdseks kolm aastat kestnud vaidluse ja uurimistöö tulemuseks on, et teatud tüüpi gamma-rütmid on tõepoolest mikrosakaadide artefakt, samas kui EEGst näib siiski olevat võimalik mõõta ka „päris päris“ gamma rütme. Kuid mida me seal EEGs ikkagi mõõdame? Kuidas me teame, et tegu on gamma-rütmidega? See, et signaalitöötlus annab meile aktiivsuspuhangu kuskil 30 ja 80 Hz vahel, ei tähenda ju veel, et tegu on rütmiga. Iga aegrea võib teisendada aeg-sagedus ruumi, ka siis, kui signaalis pole mingeid rütme. Teine kahtlus seisneb selles, et kuna EEG mõõdab korraga kümnete miljonite neuronite aktiivsust, võib „gamma rütm“ tekkida, kui näiteks kolm-neli erinevat populatsiooni võnguvad natuke faasinihkes alfa-sageduslikult – kuna me mõõdame korraga kõiki neid populatsioone, võib meie „gamma rütm“ tegelikult olla nelja erineva alfasagedusliku rütmi (vms) kombinatsioon. Üks mõistlik viis seda kontrollida oleks uurida neid erinevaid rütme sealt, kust nad pärinema peaksid – ajust endast.

Ja just ajust endast, lähemalt kui EEG seda uurida võimaldab, tulevad need tulemused, mis mind panevad kahtlema kogu gamma-rütmide loos. Esiteks olen ma kirjeldanud, et oma uurimistöös, kus ma kasutan aju sisse implanteeritud elektroode, ei näe ma gamma-rütme, ehkki ma ju peaksin – ma olen neile palju lähemal! Tõsi, ma näen küll „gamma-rütmidele“ sarnanevat aktiivsust, mida varem oleks kindlasti ka gamma-rütmideks peetud, kuid praeguseks on selge, et tegu on pigem millegi muuga. Ja taaskord – see, et ma gamma sagedusribas (antud juhul 50-200 Hz) mõõdan aktiivsust, ei pea veel tähendama, et see aktiivsus on gamma-rütm. Ka mu juhendaja ja osakonna juhataja nõustuvad sellega, et oleks teaduslikult vale seda minu poolt mõõdetavat aktiivsust nimetada gamma rütmiks, isegi kui nii mõnigi teine uurija seda veel nõnda nimetaks. Seega, kui me läheme ajju, kus peaks olema võimalik gamma rütme näha paremini, siis me neid ei leia. Ehkki minu enda tulemused olid minu jaoks alguses väga üllatavad, ei pea ma neid nii oluliseks, et nende tõttu gamma-rütmide olemasolus kahelda.

Minu jaoks on hämmastav hoopis arusaam, et tegelikult ei ole see sugugi nii, et ahvi visuaalses korteksis tekivad gamma rütmid alati, kui esitada visuaalne stiimul. On ahvikesi (ja ka kasse), kes lihtsalt ei näita mingit rütmilist töötlust. Kuid isegi kui ahvi ajust on mõõdetav gamma-rütm, siis selgub, et see pole sugugi mitte alati seal. Kui mõõta aktiivsust esmasest visuaalsest korteksist ja näidata ärkvelolevale ahvikesele joonekesi ja võresid, siis tekib võimas gamma-rütm: niikaua, kui võre on pildil, on ahvi visuaalses korteksis gamma-aktiivsus. Aga mis juhtub, kui ahvikesele esitada ekraanil midagi muud? Näiteks midagi loomulikumat, pilti tema igapäevakeskkonnast või metsast? Sellisel juhul gamma-rütmid kaovad, ajust on mõõdetav vaid täpselt sama aktiivsus, mida mina näen oma katsetes. Mida see tähendab? Miks gamma-rütmid kaovad, kui ahvikene selgelt teeb visuaalset ülesannet ja ainus vahe on selles, et ekraanil pole mitte tehislikud võred, vaid looduspildid? Vaadates kirjandust, ilmneb kiiresti, et kõige tugevam gamma rütm tuleb esile just väga kunstlike stiimulite puhul. On võimalik, et kunstlikud stiimulid aktiveerivad ainult väheseid väga selektiivseid püramiidrakke, mis hakkavad väga tugevasti laenglema, mistõttu tekib nende neuronite ja pidurdavate vaheneuronite vahel väga selge erutus-pidurdus-tsükkel, mis väljapotentsiaalis ilmnebki gamma-rütmina, kuid see hüpotees vajab kontrollimist.

Gamma-rütmid on tulnud pika tee ja saanud peksualusest kognitiivse ajuteaduse üheks suureks lemmikuks. Kuid vahel ilmneb, et rahva suurtel lemmikutel on kapis mõni luukere või et tegelikult nad ei olegi nii toredad ja head. Nii võib minna ka gamma-rütmidega – suure tähelepanu ja surve all võib selguda, et nad on hoopis hapramad, kui seni arvatud. See ei tähenda, et gamma-sagedusribas ei tohiks teha mõõtmisi või et neid tulemusi ei tohiks avaldada, kuid ilmselt tuleb lihtsalt olla mõõdukam oma sõnakasutuses, rääkides gamma-sagedusribas mõõdetavast aktiivsusest ja mitte gamma-rütmist (teaduskeeles: gamma band response vs. gamma oscillations). Ehkki esialgu võib näida, et see sõnakõlks ei muuda ju midagi, on gamma-rütmid otse loomulikult seotud mingite teatud (rütmiliste!) mehhanismidega, samas kui „gamma sagedusribas mõõdetav aktiivsus“ on neutraalsem ja annab edasisele uurimistööle võimaluse uurida ja teada saada, missugused ajus toimuvad protsessid „gamma sagedusribas mõõdetava aktiivsusena“ tegelikult väljenduvad.

  1. tudeng
    juuni 17, 2011, 4:14 p.l.

    väga põnev kriitiline jutuke. sellist vahetut ja kriitilist neuroteaduslikku sissevaadet aktuaalsesse uurimisprobleemistikku sooviks vahel ka enda psühholoogialoengutes (aga ma ei kurda ja vigise, sest meie professorid on igal juhul oma vastavate alade spetsialistid, kellelt ei saagi nõuda, et nad kõike ajurakkude aktiivsusest teaksid ja iga uue uurimisteemaga kursis oleksid)

  2. jaanaru
    juuni 17, 2011, 6:06 p.l.

    aitäh kommetaari eest, kuid tahan märkida, et eks autoparandaja teaks ju karburaatorist ka rohkem kui Su loengupidajad. ma pean silmas seda, et gamma-rütmid, nende uurimine ja nende kritiseerimine on otseselt seotud mu uurimistööga ja seetõttu ma pean seda teemavaldkonda hästi tundma; kõikides muudes teemavaldkondades on Su loengupidajad targemad kui mina.

  3. jaanaru
    juuni 23, 2011, 10:53 e.l.

    nagu rusikas silmaauku ja vahetu olulisusega ka mu enda uurimistöö jaoks on see eilne artikkel – http://www.jneurosci.org/content/31/25/9390.abstract

  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