Miten aivot tunnistavat maiseman ja ympäristön?

Maisemalla ja maisemakuvilla on erityinen merkitys ihmiselle — sen voi päätellä pelkästään vilkaisemalla valokuva- ja maalaustaidetta. Nyt aivotutkimus selvittää, miten me tunnistamme maiseman tai hahmotamme ympäröivän tilan. Haastateltavana on Suomen Akatemian tutkijatohtori Linda Henriksson Aalto-yliopistosta.

Noin 20 prosenttia ihmisen aivokuoresta käsittelee näkötietoa. Aivokuvantamistutkimuksissa on löydetty aivoalueita, jotka reagoivat vahvasti kuviin maisemista, ympäristöstä tai rakennuksista. Samat alueet eivät näyttäisi juurikaan reagoivan muunlaisiin näköärsykkeisiin kuten yksittäisiin esineisiin.

Suomen Akatemian rahoittamassa Aalto-yliopistolla tehtävässä tutkimuksessa selvitetään silmän liikkeiden ja aivokuvantamisen avulla sitä, mihin maisemassa kiinnitetään huomiota. Tavoitteena on syventää ymmärrystä siitä, miten ihmisen näköjärjestelmä toimii erityisesti tilan hahmottamisessa.

Miten aivokuori ja näköaisti pelaavat yhteen?

Tutkimus on tyypillistä monitieteistä perustutkimusta. Tieteen rahoittajilta kuulee välillä puhetta, että tutkijoiden pitäisi keskittyä tuottavien ja kaupallistettavien sovellusten tutkimukseen ja tuotekehitykseen. Nyt käynnissä oleva monitieteinen tutkimus on tyyppiesimerkki perustutkimuksesta, jota ilman ei kuitenkaan voi syntyä sovelluksia tai kaupallista menestystä. Sovellusten ja tuotteiden aika ei ole vielä, nyt tärkeintä on ymmärryksen syventäminen.

”Ihmisen aivoista noin 20 % käsittelee näköaistin avulla saatavaa tietoa. Haluamme selvittää, kuinka näköaivokuori käsittelee sitä ja mikä on eri aivoalueiden työnjako”, selvittää Henriksson. Ihminen, kasvot ja maisemat ovat tärkeitä ja se näkyy aivokuoren toiminnassa.

Väistämättä tulee mieleen, mitä mahdollisuuksia tämä avaa muistisairauksien tutkimukseen. Henriksson toppuuttelee ja tähdentää, että ensiksi halutaan tutkia tervettä systeemiä, jotta voidaan ymmärtää paremmin myös tilanteita, joissa kaikki ei toimikaan normaalisti.

Yhdistetään eri menetelmiä virtuaalimaailmaan

Magnetoenkefalografia (MEG) mittaa aivotoiminnan synnyttämiä heikkoja magneettikenttiä. Se pystyy seuraamaan aivojen toimintaa millisekuntitason aikaskaalassa. Toiminnallinen magneettikuvaus (fMRI) mittaa aivoalueiden happipitoisuuden muutoksia, kun tutkittava keskittyy tekemään erilaisia tehtäviä. Se voi paikantaa aktiivisia alueita jopa millimetrien tarkkuudella.

”Näillä laitteilla saadaan kahdenlaista tietoa, joita nyt halutaan yhdistää. MEG tuottaa ajallisesti tarkkaa tietoa aivotoiminnasta, fMRI näyttää aktiivisia aivoalueita karttana. Haluamme yhdistää näiden kahden laitteen tuottamaa tietoa sekä yhdistää aivokuvantamistulokset silmien liikkeitä seuraamalla saatuun tietoon,” Henriksson kertoo. 

Vauhdilla kehittyneet virtuaaliset maailmat tuovat tutkimukseen uusia mahdollisuuksia. Virtuaalitodellisuus antaa mahdollisuuden entistä luonnonmukaisempiin koetilanteisiin, joissa voidaan kuitenkin kontrolloida muun muassa sitä, mitä koehenkilölle näytetään ja mihin hän kiinnittää huomiota. Silmän liikkeitä voidaan rekisteröidä entistä paremmin. ”Jos maisemassa on kasvot tai ihminen, näköaisti reagoi siihen tosi nopeasti.” Näköjärjestelmä on sidoksissa aivotutkimukseen, niitä ei voi tutkia toisistaan erillään. Virtuaalinen ja lisätty todellisuus on jo kovassa käytössä monenlaisessa ihmistutkimuksessa, ja tulevaisuudessa varmasti yhä voimakkaammin osa myös aivotutkimusta.

Tutkijan polku

Henriksson tuli opiskelemaan fysiikkaa Otaniemeen ja pääsi kesäharjoittelijaksi Kylmälaboratorion Aivotutkimusyksikköön. Siitä se lähti. Matkan varrelle on mahtunut monenlaista aivotutkimusta, väitöskirja ja kaksi vuotta Englannissa.

”Se oli tosi merkittävää aikaa. Pääsin osaksi tutkimusryhmää, jossa kehitetään aivan uudenlaisia lähestymistapoja aivokuvantamisaineiston käsittelyyn. Tutkimme muun muassa kasvojen tunnistamiseen liittyvien aivoalueiden toimintaa, ja tutkimustulostemme perusteella ehdotimme, että näille aivoalueille on kehittynyt kasvonpiirteisiin perustuva kartta. Englannissa on aika lailla samanlainen tutkimuskulttuuri kuin meillä,” pohtii Henriksson. Nyt Akatemian tutkijatohtorina hän nauttii vapaudesta, joka antaa hänen keskittyä juuri itseä eniten kiinnostaviin tutkimuskysymyksiin. Yksi maailman johtavista MEG-laboratorioista on Otaniemessä, missä Henrikssonkin työskentelee.

”Suomessa aivojen kuvantamistutkimus on pitkällä, olemme hyviä menetelmäkehityksessä, ja Aallossa poikkitieteellisyyttä tukeva ilmapiiri luo mahdollisuudet yhä tiiviimpään yhteistyöhön esimerkiksi virtuaaliympäristöjä kehittävien tutkijoiden kanssa. Meillä on myös tukenamme laaja kansainvälinen asiantuntijaverkosto.”

Teksti: Marja Nousiainen
Kuvat: Linda Henriksson ja Pond5.com