Esileht > aju ja teadvus, ajuteadus > Ärkvelolevas korteksis domineerivad pidurdusprotsessid

Ärkvelolevas korteksis domineerivad pidurdusprotsessid

Teadvus on põnev ajuseisund, mis erineb teadvusetust seisundist näiteks pideva püsiva neuronaalse aktiivsuse poolest – teadvusetu ajuseisundi markeriks on aktiivsusega vahelduvad vaikeperioodid. Samuti võib uurida, kuidas erinevad ajuvastused, kui võrrelda katsekordi, kus sensoorset ärritajat vahel teadvustatakse, vahel mitte, kusjuures katseisik on mõlemal juhul teadvuslikus seisundis. Saab aga ka neid kahte lähenemist kombineerida: esitada sensoorseid ärritajaid teadvuseseisundis või teadvuseta olekus. Just sellist katseparadigmat soovitasid kasutada ka Francis Crick ja Christof Koch oma 1990nda aasta artiklis, mida loetakse üheks teadvuse teadusliku uurimise alusepanijaks.

Me oleme ise ka natukene sarnaseid katseid teinud – katseisikule, kes on kas teadvusseisundis või sügavas unenägudeta unes, antakse magnetstimulatsiooni ja võrreldakse, kuidas aju teadvuses ja teadvusetus seisundis sellele erinevalt reageerib. Neid katseid teeme me ka Mihkli ja Madisega ka edasi, nii et ilmselgelt peame me sääraseid eksperimente olulisteks.

Seega, mida olulisemat saaks olla meie jaoks, kui see, et juhtivas teadusajakirjas Nature ilmub peagi artikkel, milles võrreldakse vastuseid sensoorsetele ärritajatele ärkvelolekus ja üldnarkoosi all üksikneuronite membraanipotentsiaali tasemel! Mõõtmised tehti esmasest visuaalsest korteksist.

Membraanipotentsiaali teadmine on huvitavam kui pelgalt info neuronite tulisklemise kohta, sest tulisklemine on vaid „kõik või mitte midagi“ formaadis, samas kui membraanipotentsiaali mõõtmine annab põhjalikuma ülevaate sünaptilisest aktiivsusest. Otse loomulikult olid sellise mõõtmise „katseisikuteks“ hiired, kuid arvestades seda, et imetajate ajuseisundit kontrollivad mehhanismid on üsna sarnased, peavad sellised uuringud ka meile põnevad olema (hoolimata sellest, kas me hiirtele teadvusseisundit omistame või ei).

Esiteks leidsid nad, nagu me teame ka juba varasemast, et membraanipotentsiaal anesteesiaseisundis hõlmab endas aeglaseid fluktuatsioone, mis peegeldavad aeglaselt vahetuvaid aktiivsus- ja vaikeperioode. Ärkvelolekuseisundis need vaikeperioodid puuduvad, membraanipotentsiaalis valitsevad kõrgemasageduslikud komponendid. Järgnevalt näidati nii anesteesias kui ka ärkvelolekus hiirtele visuaalseid stiimuleid. Pisut üllataval kombel selgus, et anesteesiaseisundis olid nii lokaalse väljapotentsiaali kui ka raku membraanipotentsiaali vastused kauakestvamad, palju kauakestvamad – anesteesiaseisundis kestsid nad nii 550 millisekundit, samas kui ärkvelolekus vaid 170 millisekundit. See võiks ju olla pisut üllatav, sest intuitiivselt kipuvad inimesed arvama, et anesteesiaseisundis (teadvuseta seisundis) on vastused lihtsamad ja lühemad. A vat ei ole!

Neuronite vastused ajus on ruumiliselt selektiivsed – neuronid esmases visuaalses korteksis tulisklevad rohkem siis, kui teatud ruumipiirkonnas näidetakse mingi kaldenurgaga joonekesest, ja vähem siis, kui jooneke on mõnes teises ruumipiirkonnas (mingid muud neuron „vastutavad“ selle teise ruumipiirkonna eest). Autorid näitasid, et membraanipotentsiaali muutus ja ka aktsioonipotentsiaalid olid ärkveoleku korral palju selektiivsemad: anesteesia korral olid neuronid vähem valivad ruumipiirkonna suhtes, milles esitatud stiimul neid erutas. Anesteesia puhul tulisklesid neuronid üldiselt rohkem ja see ilmnes eriti just antud neuronit mitte nii väga huvitava ruumipiirkonna puhul, kust stimuleerimisel ärkveoleku korral aktsioonipotentsiaale peaaegu ei tekitatudki.

Niisiis, ärkveloleku seisundis järgneb sensoorsele ärritajale vähem aktsioonipotentsiaale ja lühem aktiivsus membraanipotentsiaalis, kuid nii membraanipotentsiaal kui ka aktsioonipotentsiaalid on valivamad ruumipiirkonna suhtes. Autorite hüpoteesi kohaselt on ärkveloleku seisundis vastuse lühiduse ja selektiivsuse taga tugevam sünaptiline pidurdus – mõõdetavasse neuronisse tuleb palju pidurdust talle eelnevatelt neuronitelt.

Edasistes katsetes autorid just seda hüpoteesi testisidki. Anesteesiaseisundis olid sünaptilised erutus- ja pidurdusprotsessid täitsa võrreldavad – stiimuli esitamisega kaasnenud erutavad ja pidurdavad komponendid olid sarnase tugevusega ja kestsid sadu millisekundeid. Ärkvelolevas ajus olid aga sünaptilised pidurdusprotsessid juba sensoorse vastuse algusest saati tunduvalt (1.5 – 3 korda) tugevamad ning mõlemad, nii erutus- kui ka pidurduskomponendid, hääbusid 200 ms jooksul, kiiremini kui anesteesiaseisundi korral. Veelgi suuremad erinevused anesteesiaseisundis ja ärkvelolekus tekitatud sünaptilistes pidurdusprotsessides ilmnesid aga siis, kui esitada stiimul ruumipiirkonnas, mis antud neuronit niiväga ei huvita – anesteesia korral ei tekitanud selline stimulatsioon antud neuronis pea üldse sünaptilist pidurdust (seega neuron sai ka tuliskleda), samas kui ärkveloleku puhul tõi see ruumis justkui ebaoluline ärritaja endaga siiski kaasa tugeva sünaptilise pidurduse. Seega ärkveoleku korral kontrollib neuroneid peamiselt pidurdus, mis on tugev ja ruumiliselt mittevaliv – sellised pidurdusprotsessid toovad endaga kaasa neuronite töö täpsuse ja lühiduse, mis võimaldavad usaldusväärsemat informatsiooniedastust korteksis.

Igaks juhuks ka paar üldistamise suhtes ettevaatusele manitsevat fakti: mõõtmisi tehti vaid 2/3 rakukihis ja, kuna säärane rakumembraani mõõtmine on eksperimentaalselt keerukas, põhinevad peamised tulemused 13-14 neuroniga tehtud eksperimentidest.

See töö avardab meie arusaama teadvus- ja teadvusetu seisundi erinevustest ja tuletab meile meelde, kui olulised on mitmesugused pidurdusprotsessid aju adekvaatseks tööks.

Allikas: Haider jt. (in press). Inhibition dominates sensory responses in awake cortex. Nature

  1. jaanaru
    detsember 9, 2012, 8:59 p.l.

    Näib, et selle töö ja selle peamise tulemusega haakub hästi värskelt Neuronis ilmunud töö: http://www.cell.com/neuron/abstract/S0896-6273%2812%2900896-3 ; autorid pakuvad sel aadressil isegi videoabstrakti, vaadake kindlasti!

  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