Ala luetella lukuja näin: miljoona, kaksi miljoonaa, kolme miljoonaa... Jos sanot yhden luvun sekunnissa ja jatkat noin kolme vuotta, saat käsityksen siitä, kuinka nopeasti aivoihin muodostuu uusia hermoyhteyksiä ensimmäisinä elinvuosina.
Lopulta kullekin syntyy yli 100 000 miljardia viestiyhteyttä noin 86 miljardin hermosolun välille.
Henkiset kyvyt riippuvat ratkaisevasti hermosoluista ja niiden välisestä viestinnästä, ja nopea kehitys lapsuudessa auttaa yksilöä tutustumaan maailmaan ja hallitsemaan omaa kehoa.
Aivot jatkavat kuitenkin kehitystään lapsuuden jälkeen. Kehitys jatkuu kuolemaan asti – ja sillä on suuri merkitys muistille ja päättelykyvylle.
Koe-eläimet paljastavat aivojemme monimutkaisuuden.
Vaikka hermosolut ovat keskeisessä asemassa kehdosta hautaan, niiden kehitystä elämän aikana aivoissa ei ole pystytty selvittämään. Suunnattomalla monimutkaisuudellaan aivot ovat estäneet saamasta niistä tarkkaa kuvaa.
Nykyään voidaan kuitenkin kartoittaa vastaavia koe-eläinten aivojen tapahtumia uusilla menetelmillä.
Alkion aivot alkavat muotoutua jo seitsemännellä raskausviikolla. Hermosolut järjestyvät aivokuoressa ja valmistautuvat olemaan yhteydessä toisiinsa.
Tulosten uskotaan melko varmasti heijastavan sitä, mitä ihmisen aivoissa tapahtuu. Niinpä tiedetään muun muassa, että vanhuksen aivoilla on paljon yhteistä lapsen aivojen kanssa. Tieto auttaa ymmärtämään, miksi henkinen suorituskyky huononee vanhemmiten.
Aivosolut tunnustelevat
Alkion aivojen muotoutuminen alkaa noin seitsemännellä raskausviikolla. Kehitys perustuu joukkoon kantasoluja, jotka voivat kypsyessään erilaistua miksi tahansa aivojen hermosolutyypiksi. Ventrikulaariseksi vyöhykkeeksi kutsutulla alueella kehittyvät hermosolut etsivät itselleen paikan alkuvaiheessa olevista aivoista.
Asetuttuaan aloilleen hermosolut muodostavat pitkiä haarakkeita ja ryhtyvät tavoittelemaan toisia hermosoluja yhteyden aikaansaamiseksi. Synapseiksi nimitetyt hermoliitokset ovat solujen kosketuspisteitä, joiden kautta ne välittävät viestejä toisilleen.
Syntymään mennessä jokaiselle hermosolulle on muodostunut keskimäärin 2 500 kytköstä, ja määrä kasvaa noin 15 000:een kahdessa vuodessa.
Hermosolut houkuttelevat seuralaisia
1. Hermopääte etsii kumppania
Jokaiseen aivosoluun kuuluu myös hermosyyksi kutsuttu viejähaarake eli aksoni, joka reagoi toisten hermosolujen erittämiin aineisiin. Osa aineista vetää puoleensa (valkoinen), osa taas hylkii (punainen). Vuorovaikutus ohjaa viejähaarakkeen kasvua aivoissa.
2. Yhteensopivuus luo yhteyden
Kun viejähaarake tapaa mahdollisen kumppanin, molemmat aivosolut erittävät uusia viestiaineita, jotka tarkastavat yhteensopivuuden. Jos solut sopivat yhteen, ne kiinnittyvät toisiinsa pintaproteiineillaan (punaiset langat). Liitoskohtaa nimitetään synapsiksi.
3. Pari keskustelee kemiallisesti
Kun aivosolun lähettämä sähkösignaali saapuu synapsiin, siihen erittyy välittäjäaineita (valkoinen). Ne ylittävät raon, ja vastaanottava aivosolu reagoi niihin tuottamalla sähkösignaalin uudelleen.
Vuonna 2020 tekemillään mullistavilla kokeilla molekyylibiologi Daniel Witvlietin johtama tutkimusryhmä paljasti lisää yksityiskohtia aivojen varhaiskehityksestä. Tutkijat kartoittivat ensimmäistä kertaa erillisiä hermosoluja ja synapseja eri elämänvaiheessa olevien eläinten aivoista.
Mato kuusinkertaisti synapsinsa
Aluksi kloonattiin kahdeksan sukkulamatoa, jotta jokaisesta yksilöstä saatiin neljä geneettistä kopiota. Sitten kunkin kopion annettiin saavuttaa tietty elämänvaihe ja alettiin tutkia erilaisia aivoja pienimpiä yksityiskohtia myöten.
Lähestymistavan ansiosta saatiin kuva siitä, kuinka yksilön aivot kehittyvät elämän aikana ja millaisia yksilöllisiä eroja aivojen välillä esiintyy.
Sukkulamadon kaikki aivosolut kartoitettiin sen kehittyessä toukasta aikuiseksi kolmen vuorokauden kuluessa.
Tulosten mukaan esimerkiksi hermosolut olivat paikallaan jo syntymähetkellä ja ne kasvattivat viejähaarakkeita koko elämän ajan. Jokainen hermosolu kuusinkertaisti kumppaneidensa määrän.
Lisäksi todettiin, että aivot kehittyvät varsin kaavamaisesti. Muun muassa ne yhteydet, jotka olivat vahvoja jo syntymähetkellä, yleensä jatkoivat vahvistumistaan.
43 prosentissa matojen aivoyhteyksistä oli yksilöllisiä eroja.
Aivojen kehitys ei ollut kuitenkaan täysin ennustettavissa. Yhteysverkot kehittyivät läpi elämän kukin tavallaan, ja noin 43 prosentissa matojen aivoyhteyksistä oli yksilöiden välisiä eroja.
Jos sama pätee ihmisiin, jokaisella henkilöllä on aivoissaan aivan omanlaisensa hermoverkostot.
Isojen lasten aivot kutistuvat
Henkinen suorituskyky riippuu aivojen synapseista. Ne ratkaisevat paitsi sen, mitkä hermosolut kykenevät viestimään keskenään, myös sen, kuinka sujuvaa viestintä on. Synapsi voi muun muassa muuttaa proteiiniensa koostumusta niin, että vastaanottava hermosolu herkistyy kumppaninsa signaaleille.
Sujuva viestintä jossakin aivojen osassa tarkoittaa, että on tietyn asian suhteen oppivainen, tarkka tai taitava. Esimerkiksi hyvät yhteydet kielialueilla tekevät kielellisesti lahjakkaaksi ja hyvät yhteydet liikealueilla tekevät näppäräksi tai liikunnallisesti taitavaksi.
Suuresta määrästä synapseja ei ole silti aina hyötyä. Hiljattain hiirillä tehty tutkimus osoitti, että aivot alkavat karsia reippaasti synapseja varhaislapsuuden jälkeen.
Aivotutkija Mélissa Cizeronin johtama tutkimusryhmä loi vuonna 2020 muuntogeenisiä hiiriä, joiden synapseissa tietyt proteiinit loistivat värillisinä. Niiden ansiosta voitiin seurata synapsien kehitystä koko elämän ajan.
Kävi ilmi, että synapsien määrä kasvoi voimakkaasti ensimmäisten elinkuukausien aikana. Sitten alkoi kuukauden kestävä raju karsinta. Muissa tutkimuksissa on saatu viitteitä siitä, että ihmisaivoissa tapahtuu samalla tavalla.
Esimerkiksi alankomaalaisessa tutkimuksissa todettiin synapsien lisääntyvän noin yhdeksän vuoden ikään asti. Sen jälkeen määrä pienenee seuraavat 20 vuotta.
Aivoista häviää muutakin kuin synapseja. Vuonna 2007 tehdyn tanskalaistutkimuksen mukaan ainakin paikoitellen aivot menettävät runsaasti hermosoluja ihmisen varttuessa. Aikuisilla on tietyssä näkökukkulan osassa 41 prosenttia vähemmän hermosoluja kuin vastasyntyneillä.
Lapsuuden synapsi- ja hermosolukato ei kuitenkaan huononna aivojen toimintaa – vaan päinvastoin parantaa. Aivot poistavat ne osat, joilla on vain vähän käyttöä, ja näin ne tehostavat ja sujuvoittavat toimintaansa.
Onkin esitetty, että niillä lapsilla, joilla yhteyksien karsinta etenee liian hitaasti, voi esimerkiksi kielen ja puheen kehitys viivästyä.
Hiirillä on aivoissaan ainakin 37 tyypin hermoliitoksia.
Mélissa Cizeronin hiirikoe antoi paljon uutta tietoa. Tutkimuksessa löydettiin kaikkiaan 37 erilaista synapsityyppiä. Erot ilmenivät paitsi muodossa ja koossa myös proteiinien koostumuksessa.
Varhaiskehityksen aikana aivoissa oli hallitsevassa asemassa pieni valikoima synapseja, mutta vähitellen kirjo kasvoi ja aivojen eri osat saivat oman tunnusmerkillisen synapsijakaumansa. Koska erilaiset synapsit käsittelevät signaaleja eri tavalla, kullakin aivoalueella on siten omat ominaispiirteensä.
Vanhat ja nuoret aivot muistuttavat toisiaan
Aivojen osat muotoutuvat siis hoitamaan määrätehtäviä. Kyseessä on kehitys, joka heijastaa todennäköisesti henkisten kykyjen kypsymistä ihmisaivoissa lapsen varttuessa aikuiseksi.
Esimerkiksi suunnilleen ikävuosien kaksi ja seitsemän välillä kestomuisti paranee. Ennen tätä vaihetta koetuista tapahtumista ei yleensä tallennu pysyvää muistoa. Teini-iässä puolestaan kyky ajatella käsitteellisesti ja tarkastella ongelmia useasta eri näkökulmasta kehittyy selvästi.
Nuoruusvuosina, jolloin aivot ovat terävimmillään, tapahtuu ensimmäinen raju yhteyksien menetys. Myös vanhoilla päivillä määrä pienenee rajusti, ja siitä seuraa rappeutuminen.
Kehitys kuitenkin kääntyy. Kun Cizeronin koe-eläimet saavuttivat kolmen kuukauden iän, eri aivoalueiden synapsityyppivalikoima alkoi kaventua, ja suuntauksesta tuli vallitseva koko loppuelämäksi.
Eri elämänvaiheiden vertailu paljasti, että puolitoista vuotta vanhan hiiren aivot muistuttivat enemmän kaksi viikkoa vanhan kuin kolme kuukautta vanhan hiiren aivoja.
Vanhemmiten aivot siis taantuvat ja palaavat lapsuuteen.
Koe selitti vanhenemista
Cizeron ja hänen tutkijatoverinsa uskovat, että aivojen eri osien kehitys hiirien ikääntyessä kuvastaa myös ihmisen henkisessä suorituskyvyssä vanhemmiten tapahtuvia muutoksia.
Tutkimuksen mukaan esimerkiksi hippokampuksessa eli aivotursossa hermoimpulssien väli muuttui iän karttuessa. Signaalitiheydellä on todennäköisesti merkitystä muun muassa muistille ja oppimiskyvylle.
Cizeron havaitsi hiirissään toisenkin merkittävän ikääntymismuutoksen. Vaikka synapsien määrä oli pysynyt suurin piirtein samana koko aikuiselämän ajan, se kääntyi jyrkkään laskuun, kun hiiret saavuttivat keski-iän noin vuoden vanhoina.
Kolme aivoaluetta surkastuu vanhemmiten
Iän karttuessa aivojen on vaikeampi huoltaa itseään, ja siitä seuraa ajan mittaan, että ne alkavat rappeutua – myös terveellä ihmisellä. Luonnollinen rappeutuminen koskettaa erityisesti kolmea aivojen osaa. Vaikutukset tulevat esiin ikääntyvän henkisessä suorituskyvyssä.
Kun synapsikato sujuvoittaa lapsuudessa aivotoimintaa, vanhoilla päivillä synapsien menettäminen vaikuttaa päinvastaisesti. Yhteyksien vähetessä aivojen työskentely vaikeutuu.
Koska iän karttuessa häviää myös hermosoluja eikä niiden tilalle synny uusia, lopputulos on se, että aivot pienenevät keskimäärin 0,5 prosentin vuosivauhtia 60. ikävuoden jälkeen. Synapsien ja hermosolujen menettäminen on todennäköisin selitys niille tavallisille henkisen suorituskyvyn muutoksille, jotka ikäihmiset arjessaan havaitsevat.
Muun muassa muisti pätkii ja pettää, päässälasku ei ota sujuakseen ja ajattelu tuntuu usein takkuavan. Lisäksi kyky ajatella käsitteellisesti ja ratkaista ongelmia huononee. Kumpikin taito kehittyy huippuunsa nuoruusvuosina, kun niiden vastuualueet erikoistuvat.
Kielelliset taidot, sanavarasto ja tiedot karttuvat koko elämän.
Vanhuus ei ole kuitenkaan pelkkää alamäkeä. Yleensä esimerkiksi kielelliset taidot säilyvät suhteellisen hyvin elämään loppuun asti – ja sanavarasto vain kasvaa. Myös tilantaju ja tietyt muistin osa-alueet, kuten kyky muistaa tapahtumien aikajärjestys, pysyvät muuttumattomina. Lisäksi yleistietojen karttuminen jatkuu.
Aivoissa eteneviin rappeutumisprosesseihin voi myös jossain määrin vaikuttaa.
Elektrodi virkistää aivoja
Uusia synapseja voi syntyä kuolemaan asti, ja esimerkiksi aivojen harjaannuttaminen vaikkapa älypelejä pelaamalla voi lisätä niiden määrää joissakin aivojen osissa niin paljon, että muun muassa työmuisti paranee.
Myös fyysisellä rasituksella on myönteinen vaikutus, sillä ponnistelu voi saada aivokudoksen erittämään aineita, jotka edistävät uusien yhteyksien muodostumista.
4 aivoja vahvistavaa harrastusta
Aivot menettävät hermosoluja ja viestiyhteyksiä iän myötä. Tutustu yksinkertaisiin keinoihin, joilla voit ehkäistä rappeutumista ja pitää aivot huippukunnossa:
Huolla aivojesi yhteyksiä.
Parhaillaan etsitään keinoja vahvistaa aivoja suoraan, siis ilman aivovoimistelua. Toiveita herättävänä uutena menetelmänä pidetään aivojen sähköstimulaatiota.
Siinä pään pinnalle asetetaan elektrodeja, jotka luovat aivojen ympärille sähkömagneettisen kentän. Se puolestaan vaikuttaa hermosolujen toimintaan. Vilkastumisen seurauksena syntyy enemmän aivoperäistä neurotrofista tekijää eli BDNF:ää, jonka tiedetään edistävän synapsien syntymistä.
Aivojen sähköstimulaatiolla saadaan monessa maassa hoitaa masennusta, jolle on ominaista synapsien häviäminen. On saatu viitteitä siltä, että menetelmästä voi olla apua vanhuksille, joiden henkiset kyvyt ovat huonontuneet. Tutkimukset ovat kuitenkin vasta alkuvaiheessa.
Jos hoito tehoaa odotetusti, pian saattaa olla mahdollista muuttaa ikääntyvien aivoja taas vähän aikuismaisemmiksi.
