Kuidas inimese aju talitleb?

”Aju on organismi kõige raskemini uuritavaid osi,” täheldab USA Riikliku Psühhiaatriainstituudi psühhiaater E. Fuller Torrey. ”Me kanname seda oma õlgadel kapslis, mida on äärmiselt ebamugav uurida.”

SELLEST hoolimata ütlevad teadlased, et nad on saanud juba palju teada selle kohta, kuidas inimese aju töötleb viie meele kaudu vastuvõetavat informatsiooni. Vaadelgem näiteks, kuidas ta talitleb nägemisaistingute puhul.

Aju silmad

Silma sattunud valgus ärritab silmamuna tagaküljel paiknevat võrkkesta, mis koosneb kolmest rakukihist. Valgus tungib kolmanda kihini. See kiht sisaldab kepikestena tuntud väga valgustundlikke rakke ning kolvikesteks nimetatud rakke, mis reageerivad punasele, rohelisele ja sinisele värvusele vastavatele lainepikkustele. Valguse toimel leiab neis rakkudes aset pigmendi lagunemine. Seeläbi edastatakse signaal teise kihi rakkudele, sealt aga pealmise kihi rakkudele. Nende rakkude ühinenud aksonid moodustavad nägemisnärvi.

Nägemisnärvi miljonid neuronid suunduvad ajus ühenduskohta, mida tuntakse kui nägemisnärvide ristmikku. Mõlema silma võrkkesta vasakpoolsest osast signaale edastavad neuronid kohtuvad siin ning suunduvad paralleelselt vasakusse ajupoolde. Analoogselt kohtuvad ka mõlema silma võrkkesta parempoolsest osast saabuvad signaalid ning liiguvad edasi aju parempoolsesse ossa. Nüüd jõuavad need impulsid talamuses paiknevasse ”releejaama”, sealt aga edastavad järgmised neuronid need signaalid aju tagumise osa piirkonda, mida tuntakse nägemiskorteksina.

Erisugune nägemisinformatsioon liigub mööda paralleelseid juhteteid. Nüüd on uurijatele teada, et primaarne nägemiskorteks koos oma lähiväljaga töötab nagu postkontor, sorteerides, suunates ja seostades neuronite poolt edastatavat erisugust informatsiooni. Kolmas väli tuvastab kuju, näiteks objekti nurga, ning liikumise. Neljas väli tunneb ära nii vormi kui värvuse, viies väli aga kaardistab pidevalt nägemisandmestikku, et jälgida liikumist. Värsked uuringud osutavad sellele, et silma poolt kogutud nägemisinformatsiooni töötleb ajus koguni 30 eri välja! Ent kuidas nad inimesele nägemispildi edastamiseks koostööd teevad? Kuidas aju ”näeb”?

Kuidas inimese aju ”näeb”

Silm kogub küll aju jaoks informatsiooni, ent tegelikult paistab ajju saabuvat informatsiooni töötlevat ajukoor. Kui teeme fotoaparaadiga pilti, saame foto, kust võib näha kogu vaate detaile. Ent kui sama vaadet jälgitakse silmadega, siis haarab pilk teadlikult vaid vaate seda osa, millele keskendatakse tähelepanu. Kuidas aju seda teeb, jääb veel mõistatuseks. Mõnede arvates tagab selle see, et nägemisinformatsiooni katkelised kujutised seostatakse niinimetatud konvergentsitsoonides, kus aidatakse vaadeldavat juba teadaolevaga võrrelda. Teised aga väidavad, et põhjus, miks mõnikord ei märgata selgelt nähtavat objekti, on selles, et keskendunud vaatlust kontrollivad neuronid ei edasta impulsse.

Olgu kuidas on, kuid raskused, mis kerkivad teadlaste ette nägemise selgitamisel, kahvatuvad, kui võrrelda neid probleemidega, millega tuleb kokku puutuda määratlemisel, mida ikka kujutavad endast ”teadvus” ja ”mõistus”. Sellised skaneerimismeetodid nagu magnetresonantskuvamine ja positronemissioontomograafia on avanud teadlastele inimese aju uurimiseks uusi võimalusi. Ja jälginud teatud ajupiirkondade verevarustust mõtlemisprotsessi ajal, on neil tõsist alust arvata, et ilmselt aitavad sõnu kuulda, sõnu näha ja sõnu välja öelda ajukoore eri väljad. Ent võib nõustuda ühe kirjaniku järeldusega, et ”mõistuse, teadvuse fenomen on palju keerukam, .. kui üldse arvata osati”. Jah, palju aju mõistatusi ootab veel lahendamist.

Kas aju on vaid üks oivaline arvuti?

Keeruka aju mõistmisel võib ehk olla abiks võrdluste toomine. 18. sajandi keskpaiku tööstusrevolutsiooni algul läks moodi võrrelda aju masinaga. Kui hiljem telefonikommutaator progressi sümboliks sai, võrreldi aju efektiivse telefonikommutaatoriga, mille juures operaator otsuseid langetab. Nüüd, mil keerukaid ülesandeid on täitmas arvutid, võrreldakse aju arvutiga. Kas sellise võrdluse abil saab aju tööd täielikult selgitada?

Aju lahutavad arvutist märkimisväärsed põhierinevused. Tähtis asjaolu on see, et aju pole mitte elektriline, vaid keemiline süsteem. Igas rakus toimub suur hulk keemilisi reaktsioone, see aga erineb kardinaalselt arvuti tööprintsiipidest. Lisaks märgib dr. Susan Greenfield, et ”mitte keegi ei programmeeri aju: see on proaktiivne organ, mis tegutseb spontaanselt”. Aju erineb arvutist, mida on vaja programmeerida.

Neuronitevaheline sidestus on keerukas. Paljud neuronid reageerivad kuni tuhandele või rohkemalegi sünaptilisele sisendile. Et selle tähendust mõista, vaadelgem ühe neurobioloogi uurimust. Ta uuris piirkonda aju allosas otse nina kohal ja taga, jõudmaks selgusele, kuidas inimene tunneb lõhnu. Ta märgib: ”Ka see näiliselt lihtne ülesanne — mis geomeetrilise teoreemi tõestamise või Beethoveni keelpillikvarteti mõistmise kõrval tundub olevat lapsemäng — hõlmab umbes kuut miljonit neuronit, millest igaüks saab teistelt neuronitelt umbkaudu 10000 sisendit.”

Kuid aju on midagi rohkemat kui kogum neuroneid. Iga neuroni kohta tuleb terve hulk gliiarakke. Lisaks aju tervikuks liitmisele on need rakud neuronitele elektriliseks isolatsiooniks, võitlevad nakkustega ning moodustavad ühiselt vere-aju kaitsebarjääri. Uurijate arvates võib gliiarakkudel olla teisigi, seni veel avastamata funktsioone. ”Näiline analoogia inimese valmistatud arvutitega, mis töötlevad elekroonilist informatsiooni digitaalselt, võib osutuda sedavõrd puudulikuks, et viib eksitusse,” nenditakse ajakirjas ”Economist”.

See aga jätab meile peamurdmiseks veel ühe mõistatuse.

Kuidas sünnivad mälestused?

Mälu — professor Richard F. Thompsoni sõnul ”võib-olla et loodusmaailma erakordsemaid fenomene” — hõlmab suurt hulka erisuguseid ajufunktsioone. Valdav osa aju-uurijaid jagab mälu kahte liiki: deklaratiivseks ja protseduuriliseks. Protseduurilise mäluga on seotud oskused ja harjumused. Seevastu deklaratiivse mäluga on seotud faktide talletamine. Raamatus ”The Brain—A Neuroscience Primer” määratletakse mäluprotsesse vastavalt ajale, mis nendeks kulub: väga lühiaegne mälu, mis kestab umbes 100 millisekundit; lühiaegne mälu, mille kestvus on mõni sekund; töötav mälu, mis talletab värskeid kogemusi, ja pikaaegne mälu, mis talletab korratud verbaalset materjali ja harjutatud motoorseid oskusi.

Üks võimalikke pikaaegse mälu seletusi on see, et protsess käivitub aju eesosas. Pikaaegse mälu jaoks välja valitud informatsioon suundub elektrilise impulsina hipokampusena tuntud ajuossa. Siin kasvab tänu pikaajaliseks potentseerimiseks nimetatud protsessile neuronite impulsside edastamise võime. (Vaata kasti ”Pilu ületamine”.)

Sellest erinev mäluteooria tuleneb ideest, et kõige aluseks on ajulained. Taolise teooria pooldajad arvavad, et aju korrapärased elektrilised võnkumised, mida võiks võrrelda rütmiliste trummilöökidega, aitavad mälestusi seostada ning eri ajurakkude aktiveerimise momenti reguleerida.

Uurijad arvavad, et aju talletab mälestuste erisuguseid aspekte eri paigus, nii et iga mõiste seostub seda vastu võtma spetsialiseerunud ajupiirkonnaga. Mõnel ajuosal on meelespidamisel oma kindel roll. Väikeajumandel — väike närvirakkude kogum ajutüve lähedal — töötleb hirmumälestusi. Basaalganglionid koondavad oma tähelepanu harjumustele ja kehalistele oskustele, ning väikeaju aju allosas kontsentreerub tingitud oskustele ja refleksidele. Arvatakse, et siin talletuvad tasakaalu säilitamise oskused — näiteks need, mida läheb vaja jalgrattaga sõites.

Heites kiirpilgu aju talitlustele, tuli paratamatult jätta välja üksikasjad selle teistest tähelepanuväärsetest funktsioonidest, näiteks selle ajatajust, selle keele omandamise võimest, selle keerukatest motoorsetest oskustest ning viisist, kuidas see reguleerib keha närvisüsteemi ja elutähtsate organite talitlust ning tuleb toime valuga. Käsitlemata jäid veel ka immuunsüsteemiga seonduvad keemilised ülekandeained. ”Selle keerukus on nii uskumatu, et paneb mõtlema, kas äraseletamiseks on üleüldse lootust,” täheldab neuroloog David Felten.

Olgugi et hulk ajuga seotud mõistatusi ootab veel lahendamist, tagab see tähelepanuväärne organ meile võime mõelda, mõtiskleda ja varemõpitut meenutada. Ent kuidas me saame aju kõige paremini kasutada? Vastuse annab selle sarja viimane artikkel.

[Kast/pildid lk 8]

PILU ÜLETAMINE

Kui neuron on saanud ärrituse, liigub närviimpulss piki neuroni aksonit edasi. Jõudnud sünaptilisse punga, põhjustab impulss seda, et pungas paiknevad tillukesed gloobulid (sünaptilised vesiikulid), milles igaühes on tuhandeid neurotransmitteri (ülekandeaine) molekule, seostuvad punga membraaniga, misjärel nad oma lasti sünapsi kaudu välja saadavad.

Keeruka võtmete ja lukkude süsteemi abil avab ning suleb ülekandeaine järgmise neuroni sisendkanaleid. Selle tulemusena voolavad elektriliselt laetud osakesed sihtneuronisse ning põhjustavad seal täiendavaid keemilisi muutusi, mis kas käivitavad elektrilise impulsi või siis pärsivad edasist elektrilist aktiivsust.

Pikaajaliseks potentseerimiseks kutsutava nähtusega on tegemist siis, kui neuronitesse saabub regulaarselt ärritus ning nad saadavad sünapsi kaudu välja ülekandeaineid. Mõnede uurijate arvates see lähendab neuroneid üksteisele. Teised väidavad olevat tõendeid, et signaal suundub vastuvõtuneuronilt saateneuronile tagasi. See omakorda põhjustab keemilisi muutusi, mille tulemusel sünteesitakse täiendavaid ülekandeainetena toimivaid valke. Need aga tugevdavad neuronitevahelist sidet.

Aju muutuvad ühendused — tema plastilisus — teevad kohaseks moto ”Kaotad, kui ei kasuta”. Niisiis, kui tahad midagi mällu talletada, on kasulik seda sageli meelde tuletada.

Akson

Neuroneid seostav signaali ülekandev kiud

Dendriidid

Neuroneid seostavad lühikesed paljuharulised ühendused

Neuriidid

Neuronist väljuvad kombitsataolised jätked. Kaks põhilist liiki on aksonid ja dendriidid

Neuronid

Närvirakud. Ajus on 10—100 miljardit neuronit, millest ”igaüks seostub sadade, mõnikord tuhandete teiste rakkudega”

Neurotransmitterid

Keemilised ained, mis kannavad närvisignaali üle niinimetatud sünaptilise pilu erutust edastava ja erutust vastuvõtva närviraku ehk neuroni vahel

Sünaps

Pilu erutust edastava ja erutust vastuvõtva neuroni ehk närviraku vahel

[Allikaviited]

Professor Susan A. Greenfieldi raamatu ”The Human Mind Explained” (1996) põhjal

CNRI/Science Photo Library/PR

[Kast/pildid lk 9]

INIMESELE ERIOMASED VÕIMED

Kõnekeskustena tuntud spetsialiseerunud ajupiirkonnad tagavad inimesele tähelepanuväärsed kommunikatsioonivõimed. Ilmneb, et see, mida me tahame öelda, kujundatakse vasaku ajupoolkera väljal, mida tuntakse Wernicke kõneregioonina (1). See on ühenduses Broca kõneregiooniga (2), mis rakendab grammatikareegleid. Edasi saabuvad impulsid lähedalasuvatesse motoorsetesse regioonidesse, mis kontrollivad näolihaseid ning aitavad vormida õigeid sõnu. Peale selle on need väljad ühenduses aju nägemissüsteemiga, nii et me saame lugeda; kuulmissüsteemiga, nii et me saame kuulda, mõista ja teiste poolt öeldule vastata, — ning unustada ei tohi, et ka mälupangaga, et talletada väärt mõtteid. ”Tegelikult eristab inimesi loomadest just nende võime omandada hämmastavalt mitmekülgseid oskusi, fakte ja reegleid mitte üksnes seoses ümbritseva maailma füüsiliste objektidega, vaid eeskätt just seoses teiste inimeste ja nende käitumismustritega,” märgitakse teaduslikus bukletis ”Journey to the Centres of the Brain”.

[Pildid lk 7]

Aju eri väljad töötlevad värvust, vormi, nurka ja kuju ning jälgivad liikumist

[Allikaviide]

Parks Canada/ J. N. Flynn