Yli vuosikymmenen ajan neurotieteilijät ovat yrittäneet selvittää, miten neurogeneesi (uusien hermosolujen syntyminen) ja neuroplastisuus (hermopiirien muokkautuvuus) yhdessä muokkaavat uudelleen sitä, miten ajattelemme, muistamme ja käyttäytymme.
Tällä viikolla julkaistiin silmiä avaava uusi tutkimus ”Adult-Born Neurons Modify Excitatory Synaptic Transmission to Existing Neurons”, jossa kerrottiin, miten vastasyntyneet neuronit (jotka on luotu neurogeneesin kautta) kutovat itsensä ”uudeksi ja paremmaksi” hermokudokseksi. Tammikuussa 2017 tehdyt havainnot julkaistiin eLife-lehdessä.
Tässä hiirillä tehdyssä huippututkimuksessa Birminghamin Alabaman yliopiston (UAB) neurotieteilijät havaitsivat, että neurogeneesin ja neuroplastisuuden yhdistelmä aiheutti sen, että huonommin sopivat vanhemmat neuronit häipyivät unohduksiin ja kuolivat pois, kun reippaat, nuoret, vastasyntyneet neuronit ottivat haltuunsa jo olemassa olevia hermostollisia piirejä tekemällä vahvempia synaptisia yhteyksiä.
Uusimmassa UAB:n tutkimuksessaan Linda Overstreet-Wadiche ja Jacques Wadiche – jotka molemmat ovat apulaisprofessoreita Birminghamin Alabaman yliopiston neurobiologian laitoksella – keskittyivät neurogeneesiin hippokampuksen dentate gyrus -alueella.
Dentate gyrus on neurogeneesin epikeskus, joka on vastuussa muun muassa uusien episodisten muistojen muodostumisesta ja uudenlaisten ympäristöjen spontaanista tutkimisesta.
Tutkijat keskittyivät tarkemmin sanottuna dentate gyrus -alueella hiljattain syntyneisiin granulosyytti-neuroneihin, joiden on kytkeydyttävä osaksi hermoverkkoa muodostamalla synapseja neuroplastisuuden avulla pysyäkseen hengissä ja osallistuakseen jatkuvaan hermopiirin toimintaan.
On vain kaksi suurta aivoaluetta, joilla uskotaan tällä hetkellä olevan kyky synnyttää jatkuvasti uusia hermosoluja neurogeneesin kautta aikuisilla; toinen on hippokampus (pitkäaikais- ja avaruudellisen muistin solmukohta) ja toinen on pikkuaivot (koordinaatio- ja lihasmuistin solmukohta). Erityisesti jyvässoluissa on suurin neurogeneesin määrä. Sekä hippokampus että pikkuaivot ovat täynnä, pullollaan jyvässoluja.
Interenkiintoista on, että kohtuullisen voimakas liikunta (MVPA) on yksi tehokkaimmista keinoista stimuloida neurogeneesiä ja uusien jyvässolujen syntymistä hippokampuksessa ja pikkuaivoissa. (The Athlete’s Way -alustan kulmakivenä olen kirjoittanut MVPA:n ja neurogeneesin välisestä yhteydestä yli vuosikymmenen ajan. Voit lukea laajan valikoiman Psychology Todayn kirjoituksia aiheesta klikkaamalla tätä linkkiä.)
Granulussolut tunnisti ensimmäisenä Santiago Ramón y Cajal, joka teki vuonna 1899 kauniita piirroksia, jotka havainnollistavat, miten granulussolut luovat synaptisia yhteyksiä Purkinjen solujen kanssa pikkuaivoissa. Hänen henkeäsalpaavat ja Nobel-palkitut kuvituksensa ovat parhaillaan museokiertueella eri puolilla Yhdysvaltoja (lainassa Madridissa, Espanjassa sijaitsevasta Instituto Santiago Ramón y Cajal -instituutista) osana ”The Beautiful Brain” -taidenäyttelyä.
(Sivuhuomautuksena mainittakoon, että hajulohko on ainoa muu subkortikaalinen aivoalue, jolla tiedetään olevan runsaasti neurogeneesiä. Spekulatiivisesti tämä voisi olla yksi syy siihen, että tuoksulla on niin lähtemätön ja jatkuvasti muuttuva rooli muistinmuodostuksessa ja ”menneiden asioiden muistamisessa”.’)
Neurogeneesi ja neuroplastisuus työskentelevät yhdessä hermopiirien uudelleenkytkennässä
Yksi hermoplastisuuden keskeisistä näkökohdista on nimeltään neuraalinen darwinismi tai ”neuraalinen karsiminen”, mikä tarkoittaa sitä, että kaikki neuronit, jotka eivät ole ”tulessa ja kytkettyinä” yhteen verkostoon, todennäköisesti sammuvat. UAB:n uusimmat tutkimustulokset viittaavat siihen, että vastasyntyneillä neuroneilla on oma roolinsa tämän prosessin nopeuttamisessa, sillä ne ”voittavat” selviytymiskamppailussa, jossa neuronit selviytyvät vanhimpia tai kuluneempia kollegoitaan vastaan.
Kauan ennen kuin neuroplastisuutta ja neurogeneesiä koskevia neurotieteellisiä tutkimuksia oli olemassa, Henry David Thoreau kuvasi tietämättään prosessia, miten mielen kulkemat polut voivat muuttua kovalevyisiksi (kun juuttuu rutiineihin), kuvaamalla hyvin kulunutta polkua metsän läpi. Waldenissa Thoreau kirjoittaa,
”Maan pinta on pehmeä ja ihmisten jalkojen painama, ja niin on myös poluilla, joita mieli kulkee. Kuinka kuluneita ja pölyisiä ovatkaan maailman valtatiet, kuinka syviä ovatkaan perinteen ja mukautumisen uurteet!”
Psykologisesta näkökulmasta katsottuna UAB:n uusin löytö esittää jännittävän mahdollisuuden, että kun aikuisten synnyttämät neuronit nivoutuvat olemassa oleviin hermoverkkoihin, että uusia muistoja syntyy ja vanhempia muistoja saatetaan muuttaa.
Neurogeneesin ja neuroplastisuuden avulla voi olla mahdollista raivata ajatuksillesi tuore ja kulumaton polku, jota pitkin voit kulkea. Voidaan spekuloida, että tämä prosessi avaa mahdollisuuden keksiä itsensä uudelleen ja siirtyä pois vallitsevasta tilanteesta tai päästä yli ahdistusta ja stressiä herättävistä menneistä traumaattisista tapahtumista. Sisäänrakennetut pelkoon perustuvat muistot johtavat usein välttelykäyttäytymiseen, joka voi estää sinua elämästä elämääsi täysillä.
Tulevaisuuden tutkimus neurogeneesistä voisi johtaa uusiin PTSD-hoitoihin
Granulussolut hammaslohkareessa ovat osa hermopiiriä, joka käsittelee aisti- ja avaruudellista syötettä muilta aivojen alueilta. Integroimalla aisti- ja tilatietoa dentate gyrus kykenee tuottamaan ainutlaatuisia ja yksityiskohtaisia muistoja kokemuksesta.
Ennen tätä tutkimusta Overstreet-Wadichella ja hänen UAB:n kollegoillaan oli muutama peruskysymys siitä, miten dentate gyrusin vastasyntyneet granulussolut toimivat. He kysyivät itseltään kaksi erityiskysymystä:
- Koska hermosolujen määrä gyrus dentatessa lisääntyy neurogeneesin avulla, kun taas aivokuoren hermosolujen määrä pysyy samana, luovatko aivot lisäsynapseja aivokuoren hermosoluista uusiin jyvässoluihin?
- Vai siirtävätkö jotkut aivokuoren neuronit yhteyksiään kypsistä jyvässoluista uusiin jyvässoluihin?
Monimutkaisten hiirillä tehtyjen kokeiden avulla Overstreet-Wadiche ym. havaitsivat, että osa aivokuoren neuroneista siirsi kaikki aiemmat yhteytensä vanhempiin rakeisiin (jotka saattoivat olla kuluneita tai ohi parhaiden aikojensa) juuri syntyneisiin, toimintakykyisiin rakeisiin.
Tämä vallankumouksellinen löytö avaa oven sen tutkimiselle, miten vanhojen ja uusien neuronien välisten synapsien uudelleenjakautuminen auttaa hammaslohkareen (dentate gyrus) pysymään ajan tasalla muodostamalla uusia yhteyksiä.
Yksi keskeisistä kysymyksistä, joihin tutkijat haluavat syventyä tulevissa kokeissa, on: ”
Tulevaisuudessa on mahdollista, että neurogeneesin ja neuroplastisuuden huippututkimus voi johtaa hienosäätöisiin neurobiologisiin hoitoihin esimerkiksi traumaperäisen stressihäiriön (PTSD) ja dementian kaltaisiin vaivoihin. UAB:lle antamassaan lausunnossa Overstreet-Wadiche sanoi,
”Viimeisten 10 vuoden aikana on saatu todisteita, jotka tukevat synapsien uudelleenjakoa vanhojen ja uusien hermosolujen välillä, mahdollisesti kilpailuprosessin avulla, jonka uudet solut pyrkivät ”voittamaan”. Löydöksemme ovat tärkeitä, koska ne osoittavat suoraan, että jotta uudet solut voittaisivat yhteyksiä, vanhat solut menettävät yhteyksiä.”
Aikuisten neurogeneesiprosessi ei siis ainoastaan lisää uusia soluja verkkoon, vaan se edistää olemassa olevan verkon plastisuutta. On mielenkiintoista tutkia, miten neurogeneesin aiheuttama plastisuus edistää tämän aivoalueen toimintaa.
Neurogeneesi liittyy tyypillisesti uuden tiedon parempaan omaksumiseen, mutta joissakin tutkimuksissa on myös esitetty, että neurogeneesi edistää olemassa olevien muistojen ”unohtamista”.”
Aerobinen liikunta on tehokkain tapa stimuloida neurogeneesiä ja luoda aikuissyntyisiä hermosoluja
Viimeisten 10 vuoden ajan The Athlete’s Way -julkaisussa antamani toteuttamiskelpoiset neuvot ovat perustuneet uskomukseen siitä, että päivittäisen harjoittelun kautta kuka tahansa voi stimuloida neurogeneesiä ja optimoida ajattelutapaansa ja elämänkatsomustaan neuroplastisuuden kautta.
Ohjelma on suunniteltu muokkaamaan hermoverkkoja uudelleen ja optimoimaan ajattelutapasi. Tämä ohjelma on alusta alkaen perustunut havaintoon, jonka mukaan aerobinen aktiivisuus tuottaa aivoista peräisin olevaa neurotrofista tekijää (BDNF) ja stimuloi uusien hermosolujen syntyä neurogeneesin kautta. Kuvailen filosofiaani The Athlete’s Way -kirjan johdannossa,
”Painopisteen siirtäminen ohuemmista reisistä vahvempaan mieleen tekee tästä harjoituskirjasta ainutlaatuisen. The Athlete’s Way ei keskity vain sixpack-vatsalihasten veistämiseen tai teräksisten pullien muovaamiseen. Meitä kiinnostaa enemmänkin neuronien paisuttaminen ja synapsien uudelleenmuotoilu optimistisen, joustavan ja päättäväisen ajattelutavan luomiseksi. Tavoitteena on muodonmuutos sisältä ulospäin.
Minun tehtäväni on välittää tämä viesti sinulle, jotta voit käyttää neurobiologiaa ja käyttäytymismalleja elämäsi parantamiseen liikunnan avulla. Olen kiihkomielinen hikoilun voimasta muuttaa ihmisten elämää muuttamalla heidän mielensä. Vakaumukseni on vahva ja aito, koska olen elänyt sen.”
Loin The Athlete’s Way -kirjan yhdessä edesmenneen isäni Richard Berglandin korvaamattoman avun kanssa, joka oli visionäärinen neurotieteilijä, neurokirurgi ja The Fabric of Mind -kirjan (The Fabric of Mind, suomeksi: Mielen kudos, Viking) kirjoittaja.
Kymmenkunta vuotta sitten, kun julkaisin The Athlete’s Way: Sweat and the Biology of Bliss (St. Martin’s Press), nostin neurogeneesin ja neuroplastisuuden valokeilaan. Tuolloin neurogeneesin löytäminen oli aivan uutta ja vielä radikaali käsitys valtavirran neurotieteessä.
2000-luvun alussa useimmat asiantuntijat uskoivat vielä, että ihminen syntyy niin, että hänellä on kaikki neuronit, joita hänellä on koko elinikänsä ajan. Jos jotakin, niin uskottiin, että ihmiset voivat menettää neuroneja tai ”tappaa aivosoluja” vain vanhetessaan.
Ymmärrettävästi, kun julkaisin The Athlete’s Way -kirjan vuonna 2007, oli paljon skeptikkoja ja naysayers, jotka pitivät ajatuksiani ajattelutavan muokkaamisesta uudelleen neurogeneesin ja neuroplastisuuden yhdistelmällä kohtuullisen tai voimakkaan fyysisen aktiivisuuden avulla naurettavina.
Viimeisten 10 vuoden ajan olen pitänyt antennit ylhäällä ja sormeni pulssilla kaikessa uusimmassa neurogeneesiä ja neuroplastisuutta koskevassa tutkimuksessa toivoen löytäväni lisää empiiristä todistusaineistoa, joka antaisi lisää tieteellistä uskottavuutta uskomusjärjestelmälleni ja menetelmälleni.
On sanomattakin selvää, että olin tänä aamuna haltioissaan ja hurmioitunut, kun luin Linda Overstreet-Wadichen ja Jacques Wadichen uudesta tutkimuksesta, jossa osoitetaan tarkkaan, miten aikuissyntyiset neuronit muokkaavat olemassa olevia hermopiirejä. Tämä on kiehtovaa tavaraa!
Nämä ovat jännittäviä aikoja neurotieteessä. Nykyaikaiset neurotieteelliset tekniikat ovat valmiita ratkaisemaan monia uusia arvoituksia siitä monimutkaisesta mekanismista, jolla neurogeneesi ja neuroplastisuus toimivat yhdessä dynaamisena kaksikkona muokkaamassa hermoverkkojamme ja aivoalueiden välisiä toiminnallisia yhteyksiä. Pysykää kuulolla tulevien kuukausien ja vuosien aikana neurogeneesiä ja neuroplastisuutta koskevien empiiristen todisteiden ja tieteellisten tutkimusten osalta.
Sillä välin, jos haluat lukea ilmaisen otteen The Athlete’s Way -kirjasta, joka tarjoaa yksinkertaisia toimivia neuvoja ja käytännön tapoja stimuloida neurogeneesiä ja ohjelmoida aivosi uudelleen neuroplastisuuden ja kohtuullisen tai voimakkaan fyysisen aktiivisuuden avulla, tutustu näihin sivuihin kirjani osiosta nimeltä: ”Neuroplastisuus ja neurogeneesi”: Neurotieteen ja urheilun yhdistäminen”.