Professori Synnove Carlson luennoi Studia Generalia -luentosarjassa 14.2.2013. Tilaisuuden teema: Äly hoi, älä jätä!

Esityksessäni kerron, miten aivotutkimus on kartuttanut tietoa siitä, mitä aivoissa tapahtuu oppimisen seurauksena. Kantava ajatus esityksessä on aivojen muovautumiskyky – kyky sopeutua muutokseen ja tuottaa olemassa olevasta tilanteesta paras mahdollinen tulos. Harjoitus ja oppiminen muovaavat niin aivojen rakennetta kuin toimintaakin.

1. Aivojen tutkimusmenetelmistä. Positroniemissiotomografia (PET) antaa tietoa aivojen toiminnasta ja mm. välittäjäainejärjestelmistä. Aivojen magneettiresonanssi-kuvauksella saadaan tietoa aivojen rakenteesta, hermoradoista ja toiminnasta.
2. Aivot ovat muovautumiskykyiset. Aivoilla on ominaisuuksia, jotka tekevät meistä optimaalisen oppijan. Lapsen kehittyvät aivot käyvät läpi valtavan muovautumisprosessin. Aivojen voimakas muovautumiskyky luo pohjan lapsen oppimiskyvylle.
3. Vanhenevatkin aivot ovat muutoksen kourissa. Hermosolut vähenevät ja aivojen harmaa aine ohenee. Myös valkea aine, jossa hermoradat kulkevat, vähenee. Vaikka tietyt muutokset ovat samansuuntaisia kuin kehittyvillä aivoilla, niiden taustalla olevat mekanismit lapsilla ja ikääntyvillä ovat osittain erilaiset.
4. Aivot muovautuvat olosuhteiden mukaan. Esimerkkinä varhainen sokeus, joka muovaa aivoja voimakkaasti. Ne aivoalueet, jotka näkevällä käsittelevät näkötietoa, alkavat sokealla käsitellä tunto- ja kuulotietoa.
5. Tällä vuosituhannella on todettu usein: Oppia ikä kaikki! Onko näin? Tutkimukset osoittavat, että harjoitus parantaa niin nuorten kuin iäkkäiden suoriutumista. Mitä aivoissa tapahtuu harjoittelun seurauksena?
6. Harjoitus muovaa aivojen rakennetta. Monet tutkimukset ovat viime vuosina osoittaneet, että harjoitus ja sen seurauksena tapahtuva oppiminen muovaavat aivojen rakennetta. Aivojen kuvantamismenetelmiä käyttäen on osoitettu,että harjoittelun seurauksena aivokuori (aivojen harmaa aine) paksuuntuu ja myös hermoradoissa (aivojen valkeassa aineessa) tapahtuu vahvistumista.Hiirikokeilla on osoitettu, että hermosoluihin syntyy harjoituksen seurauksena uusia ulokkeita, jotka voivat muodostaa uusia hermosolujen välisiä yhteyksiä.
7. Muovaako harjoitus myös ikääntyvien aivojen rakennetta? Ikääntyvissä aivoissa ei tapahdu yhtä voimakkaita muutoksia kuin nuoremmissa aivoissa, mutta harjoitus saattaa vähentää ikääntymisen vaikutuksia aivoissa. Harjoittelun vaikutuksista ikääntyneisiin aivoihin on kuitenkin vielä vähän tietoa.
8. Harjoitus tehostaa myös aivojen toimintaa (aktivaatiota) ja kemiallista välitystä. Aivan uusimmat tutkimukset osoittavat, että esimerkiksi työmuistin harjoittaminen lisää aivojen välittäjäaineiden (dopamiinia, joka yksi aivojen välittäjäaineista) vapautumista.
9. Yhteenveto: Aivot ovat muovautumiskykyiset ja alati muuttuvaiset. Oppiminen muovaa aivojen rakenteita ja toimintaa niin nuorilla kuin iäkkäillä. Laiskuus ei kannata – harjoittelulla saavutettu etu ei välttämättä ole pysyvä.

Muutamia viitteitä:
Carlson S, Martinkauppi S, Rämä P, Salli E, Korvenoja A, Aronen HJ. Distribution of cortical activation during visuospatial n-back tasks as revealed by functional magnetic resonance imaging. Cerebral Cortex. 8:743-752, 1998.

Renier LA, Anurova I, De Volder AG, Carlson S, VanMeter J, Rauschecker JP. Preserved functional specialization for spatial processing in the middle occipital gyrus of the early blind. Neuron 68:138-48, 2010.

Zatorre RJ, Fields RD, Johansen-Berg H: Plasticity in gray and white: neuroimaging changes in brain structure during learning. Nature Neuroscience 15:528, 2012.