vaikka sillä on keskeinen rooli henkisten kykyjemme liikkeen ja ilmaisun säätelyssä, tietämyksemme pikkuaivoista on rajallinen. Vaikka pikkuaivot ovat pieniä, ne ovat erittäin hyvin yhteydessä aivoihin ja sen aivokuoreen ja muodostavat yli viisikymmentä prosenttia koko aivojen neuroneista. Sen tärkeimmästä välityksestä aivokuorelle, hammasytimestä, tiedetään kuitenkin vain vähän. Tämä tiheään pakattu hermosolurykelmä yhdistää pikkuaivojen käsittelemän informaation ja lähettää sen aivoihin. Leipzigissä sijaitsevan Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciencesin (mpi CBS) tutkijat ovat nyt onnistuneet kartoittamaan merkittävän osan tähän keskeiseen kontrolliin yhdistävistä poluista—ja siten lisänneet ymmärrystämme ”aivojen sydämestä”.

suunnilleen tennispallon kokoinen pikkuaivo istuu aivan kallojemme takaosassa harmaasta ja valkoisesta aineesta koostuvien aivojen kahden visuaalisen pallonpuoliskon alla. Vaikka pikkuaivot on perinteisesti tunnettu motoristen toimintojen kannalta tärkeänä alueena, viimeaikaiset todisteet ovat osoittaneet, että se on mukana myös kognitiivisemmilla alueilla, kuten kielessä ja tunteissa. Sinänsä pikkuaivojen vammat voivat johtaa merkittäviin kieli-tai tunnehäiriöihin tai tehdä tarkat liikkeet, kuten vesilasin nostamisen suuhun mahdottomiksi.

yksi sen tärkeimmistä rakenteista, joka sijaitsee syvällä pikkuaivojen sisäpuolella ja jonka uloimman harmaan aineen kaistale on rosoinen hammasmainen, on hammasydin. Tämä hermosolujen yhteenliittymä käsittelee tietoa, joka lähetetään pikkuaivoista aivokuorelle, samalla tavalla kuin rajapinta. Vaikka tiedämme, että hammasydin on tärkein lähtöytimen pikkuaivojen, tähän asti on ollut epäselvää, miten pikkuaivojen harmaa aine, eli sen aivokuori ja sen eri toiminnalliset alueet, on kytketty dentaatin Tuma.

”olemme nyt pystyneet rekonstruoimaan yhteydet, jotka kuljettavat dataa pikkuaivojen aivokuoren harmaan aineen eri alueilta hammasytimeen”, selittää alkuperäisen julkaisun ensimmäinen kirjoittaja Christopher J. Steel. ”Tämä tutkimus oli ensimmäinen, joka osoitti, että kahdentyyppiset toiminnot—liikkeen hallinta ja henkisten kykyjemme ilmaiseminen—jotka ovat suurelta osin eriytyneet pikkuaivokuoressa, ovat myös suurelta osin eriytyneet hammasytimen sisällä.”

näin ollen nämä havainnot valottavat sekä motoristen että ei-motoristen kuituyhteyksien tärkeyttä pikkuaivojen ja aivojen välisissä informaatiosilmukoissa, jotka ovat pikkuaivojen käyttäytymisen taustalla.

tämä tieto ei ole ratkaisevan tärkeää vain kirurgisissa toimenpiteissä tai vammojen yhteydessä, vaan myös aivojen evoluution ymmärtämiseksi paremmin. Se viittaa siihen, että pikkuaivojen yhteys on myös kehittynyt pysymään mukana ihmisen aivokuoressa tapahtuvissa muutoksissa, joita on tapahtunut evoluution aikana ei-ihmisestä kädellisiin.

tähän asti useimmat oivallukset pikkuaivojen johdotuksista on saatu invasiivisella ja aikaa vievällä valkoisen aineen tract-jäljityksellä kädellisillä. Tämän vastakohtana Steele ja kollegat käyttivät valveilla olleilla ihmisillä ei-invasiivista menetelmää, joka pystyi seuraamaan tätä yhteyttä ilman merkkiaineita tai muita invasiivisia tekniikoita: diffuusiopainotteisen magneettikuvauksen (DW-MRI) ja todennäköisyysabilistisen tractografian yhdistelmää. Jälkimmäinen kykenee rekonstruoimaan aivojen valkoisen aineen tractien likimääräisen reitin mittaamalla vesimolekyylien tarkat diffuusioliikkeet.

”näillä tuloksilla toivomme myös antavamme mallin tuleville tutkimuksille, joissa tutkitaan pikkuaivojen ja muun aivojen johtoja”, sanoo tutkimuksen toinen tekijä Alfred Anwander, joka käänsi magneettikuvauksen tiedot 3D-kuviksi ja lyhyiksi tieteellisiksi videoiksi. Tarkasteltuaan näitä kuvia neurotieteilijä Steel lisää: ”kun otetaan huomioon sen yhteys aivokuoreen ja sen silmiinpistävä samankaltaisuus ihmissydämen 90 astetta kiertyneen poikkileikkauksen kanssa, pikkuaivoja voidaan jopa pitää” aivojen sydämenä.”

pikkuaivojen Tractografia

aivojen sydän

lisätietoja:
Katso interaktiivinen animaatio pikkuaivoista täältä.

Alkuperäinen julkaisu:
Christopher Steele, Alfred Anwander, Pierre-Louis Bazin, Robert Trampel, Andreas Schäfer, Robert Turner, Narender Ramnani ja Arno Villringer
ihmisaivojen alimillimetrinen diffuusiokuvaus paljastaa hammasytimen motorisen ja ei-motorisen topografian
aivokuori (2016)

• Max Planck Institute for Human cognitive and Brain Sciences