Hippokampus tärkeässä roolissa uuden tiedon muistiinpainamisessa

Hippokampus on aivojen osa, jonka on jo pitkään tiedetty olevan tärkeä uusien muistojen muodostumisessa. Jyväskylän yliopiston psykologian laitoksella toteutetussa tutkimuksessa havaittiin, että levossa tapahtuvat, ajallisesti hyvin lyhyet hippokampuksen ja aivokuoren väliset viestinnät ovat erityisen tärkeitä juuri opitun asian muistiinpainamisessa.

Yleisesti ajatellaan, että hippokampusta tarvitaan oppimiseen, mutta isoaivokuori tallentaa muistoja pitkäkestoiseen muistiin. Hermostolliset viestit kulkevat isoaivokuoren entorinaali-alueelta hippokampukseen, kiertävät sen sisällä kolmisynaptisen silmukan läpi ja välittyvät takaisin etuaivokuorelle.

Levossa hippokampuksen toiminnassa on erotettavissa sekunnin kymmenesosan (100 ms) pituisia purskeita, joiden aikana erityisesti viestintä hippokampuksesta etuaivokuorelle on tehostunut. Nämä purskeet ovat tärkeitä uusien muistojen muodostumissa.

Toisaalta on myös osoitettu, että tiettyinä ajanhetkinä hippokampuksen sisäänmeno-osan toiminta tehostuu, samalla kun yhteys hippokampuksesta aivokuorelle hiljenee. Nämä hiljentymisen hetket kestävät keskimäärin yhden viideskymmennesosa sekunnin (20 ms) ja ovat tunnistettavissa seuraamalla hippokampuksen pykäläpoimun sähköistä toimintaa. Tätä sähköistä ilmiötä kutsutaan pykäläpoimun piikiksi sen terävän muodon vuoksi. Piikkien ja niiden aikaisen hermoston toiminnan hiljentymisen merkityksestä oppimisessa ei ole aiempaa tietoa.

Akatemiatutkija Miriam Nokian ja yliopistotutkija Markku Penttosen luotsaamassa tutkimuksessa seurattiin rottien hippokampuksen pykäläpoimun sähköistä toimintaa levossa oppimistehtävän jälkeen. Kun hermoston signaalissa havaittiin piikki, aivoihin johdettiin heikko sähköimpulssi, joka aiheutti hippokampuksessa suuren solujoukon laukeamisen. Se keskeytti piikin aikaisen viestinvälityksen katkoksen hippokampuksen ja aivokuoren yhteydessä. Tämä käsittely häiritsi juuri opetellun tehtävän muistiinpainamista. Eläimet, joille sama käsittely tehtiin riippumatta aivojen tilasta, oppivat normaalisti.

Tulokset antavat aihetta tarkentaa teorioita hippokampuksen ja erityisesti pykäläpoimun osuudesta oppimisessa. Aiemmin on ajateltu, että pykäläpoimua tarvitaan oppimiseen lähinnä välittömästi kokemusten syntymishetkellä, ei niinkään myöhemmin tapahtuvan muistiinpainamisen aikana. On mahdollista, että hetkellinen viestintäkatko hippokampuksen ja aivokuoren välillä on tarpeen, jotta hippokampus ehtii muodostaa yksinkertaisen mutta edustavan mallin aivokuorelle tallennettavasta tiedosta. 

Nokia ja Penttonen jatkavat pykäläpoimun piikkien tutkimista Jyväskylässä ja myös yhteistyössä Itä-Suomen yliopiston tutkijoiden kanssa Kuopiossa. Jatkotutkimuksissa hyödynnetään yksittäisten solujen toiminnan mittaamista ja A.I. Virtanen Instituutissa kehitettyä menetelmää, jonka avulla voidaan mitata yhtä aikaa hippokampuksen sähköistä toimintaa ja muiden aivojen alueiden hermosolujen toimintaa verenkierron muutoksina ilmenevällä toiminnallisella magneettikuvauksella.

Tutkimus on julkaistavana The Journal of Physiology (London) -lehdessä, joka on kansainvälisesti arvostettu erityisesti fysiologian ja neurotieteen aloilla.

Lisätietoja:

Miriam Nokia puh. +358408053517, [email protected]

Markku Penttonen puh. +358408054304, [email protected]

Tutkimuksen tiedot:

Nokia MS, Gureviciene I, Waselius T, Tanila H, Penttonen M. Hippocampal electrical stimulation disrupts associative learning when targeted at dentate spikes. J Physiol. 2017 Apr 20. doi: 10.1113/JP274023. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 28426128.

Hippokampus tärkeässä roolissa uuden tiedon muistiinpainamisessa

Hippokampus on aivojen osa, jonka on jo pitkään tiedetty olevan tärkeä uusien muistojen muodostumisessa. Jyväskylän yliopiston psykologian laitoksella toteutetussa tutkimuksessa havaittiin, että levossa tapahtuvat, ajallisesti hyvin lyhyet hippokampuksen ja aivokuoren väliset viestinnät ovat erityisen tärkeitä juuri opitun asian muistiinpainamisessa.

Yleisesti ajatellaan, että hippokampusta tarvitaan oppimiseen, mutta isoaivokuori tallentaa muistoja pitkäkestoiseen muistiin. Hermostolliset viestit kulkevat isoaivokuoren entorinaali-alueelta hippokampukseen, kiertävät sen sisällä kolmisynaptisen silmukan läpi ja välittyvät takaisin etuaivokuorelle.

Levossa hippokampuksen toiminnassa on erotettavissa sekunnin kymmenesosan (100 ms) pituisia purskeita, joiden aikana erityisesti viestintä hippokampuksesta etuaivokuorelle on tehostunut. Nämä purskeet ovat tärkeitä uusien muistojen muodostumissa.

Toisaalta on myös osoitettu, että tiettyinä ajanhetkinä hippokampuksen sisäänmeno-osan toiminta tehostuu, samalla kun yhteys hippokampuksesta aivokuorelle hiljenee. Nämä hiljentymisen hetket kestävät keskimäärin yhden viideskymmennesosa sekunnin (20 ms) ja ovat tunnistettavissa seuraamalla hippokampuksen pykäläpoimun sähköistä toimintaa. Tätä sähköistä ilmiötä kutsutaan pykäläpoimun piikiksi sen terävän muodon vuoksi. Piikkien ja niiden aikaisen hermoston toiminnan hiljentymisen merkityksestä oppimisessa ei ole aiempaa tietoa.

Akatemiatutkija Miriam Nokian ja yliopistotutkija Markku Penttosen luotsaamassa tutkimuksessa seurattiin rottien hippokampuksen pykäläpoimun sähköistä toimintaa levossa oppimistehtävän jälkeen. Kun hermoston signaalissa havaittiin piikki, aivoihin johdettiin heikko sähköimpulssi, joka aiheutti hippokampuksessa suuren solujoukon laukeamisen. Se keskeytti piikin aikaisen viestinvälityksen katkoksen hippokampuksen ja aivokuoren yhteydessä. Tämä käsittely häiritsi juuri opetellun tehtävän muistiinpainamista. Eläimet, joille sama käsittely tehtiin riippumatta aivojen tilasta, oppivat normaalisti.

Tulokset antavat aihetta tarkentaa teorioita hippokampuksen ja erityisesti pykäläpoimun osuudesta oppimisessa. Aiemmin on ajateltu, että pykäläpoimua tarvitaan oppimiseen lähinnä välittömästi kokemusten syntymishetkellä, ei niinkään myöhemmin tapahtuvan muistiinpainamisen aikana. On mahdollista, että hetkellinen viestintäkatko hippokampuksen ja aivokuoren välillä on tarpeen, jotta hippokampus ehtii muodostaa yksinkertaisen mutta edustavan mallin aivokuorelle tallennettavasta tiedosta. 

Nokia ja Penttonen jatkavat pykäläpoimun piikkien tutkimista Jyväskylässä ja myös yhteistyössä Itä-Suomen yliopiston tutkijoiden kanssa Kuopiossa. Jatkotutkimuksissa hyödynnetään yksittäisten solujen toiminnan mittaamista ja A.I. Virtanen Instituutissa kehitettyä menetelmää, jonka avulla voidaan mitata yhtä aikaa hippokampuksen sähköistä toimintaa ja muiden aivojen alueiden hermosolujen toimintaa verenkierron muutoksina ilmenevällä toiminnallisella magneettikuvauksella.

Tutkimus on julkaistavana The Journal of Physiology (London) -lehdessä, joka on kansainvälisesti arvostettu erityisesti fysiologian ja neurotieteen aloilla.

Lisätietoja:

Miriam Nokia [email protected]

Markku Penttonen [email protected]

Tutkimuksen tiedot:

Nokia MS, Gureviciene I, Waselius T, Tanila H, Penttonen M. Hippocampal electrical stimulation disrupts associative learning when targeted at dentate spikes. J Physiol. 2017 Apr 20. doi: 10.1113/JP274023. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 28426128.