Kuidas aju uut tuttavast eristab?
Algusest alustades tuleb minna tagasi paarikümne aasta taha, kui New Yorgi ülikooli meditsiinikooli professor ja maailma üks tsiteeritumaid neuroteadlasi György Buzsáki sai kolleegidega jälile mustrile, mis annab sügava ehk deltaune ajal tunnistust päeva jooksul saadud kogemuste püsimällu kandmisest. Ajus sel ajal nähtav elektriline aktiivust meenutab teravat säbarlainetust. ''Tegu on teabepakikestega, mille surutakse kogu ärkveloleku ajal kogutud teave väikesteks informatsioonikildudeks, et saata hipokampuse sisu neokorteksisse,'' selgitas ajuteadlane. Kui tavaliselt laenglevad samas rütmis vaid paar protsenti ajuosa neuronitest, siis säbarlainetuse ajal kasvab nende osakaal 10-15 protsendini. Hääl on nii vali, et seda ''kuulevad'' korraga neokorteksi mitmed piirkonnad. Kaheastmelist mälestuste moodustumist toetavad tänaseks sajad eksperimendid. Teiste seas Buzsáki töörühma enda kuue aasta eest närilistega tehtud katse. Kui rottide aju mälestuste transpordi ajal valikuliselt elektriga alalisvooluga mõjutada, mille tulemusel ei saa tihendatud info hipokampusest lahkuda, ei mäleta närilised eelnevalt selgeks õpitud labürindist järgmisel päeval mitte midagi. Uuemad ideed on teisiti mõtlemapanevad. Näiteks on leitud, et umbes pool ärkveloleku ajal ajus nähtavast aktiivsusest on põhjustatud vaid umbes kümne protsendi neuronite poolt. Mõned on lihtsalt jutukamad. Ülejäänud poole eest vastutavad tunduvalt harvem impulsse vallandavad ajurakud. Matemaatiliselt tuntakse seda log-normaalse jaotusena. ''Vahed on tohutud – kahe-kolme suurusjärgu suurused, mis võib tunduda tüüpilise inimmõtlemise jaoks ebaharilik. Üks inimene pole ju teisest 10-50 korda suurem,'' sõnas Buzsáki. Ajus on see aga reegel ja mitmekesisus tohutu. Samad ärkveloleku ajal domineerivad kümme protsenti neuronitest on aktiivsed ka siis, kui täna või homme magama lähed. ''Omaette küsimus on see, kuidas suudavad need pidevalt oma metaboolset aktiivsust säilitada. Samal ajal järeldub aga ka sellest, et nende roll peab olema teistsugune, kui aeglasemalt laenglevate ajurakkude oma. Nad ei saa kanda sama tüüpi infot ja seega pole ka nende roll võrdne,'' märkis ajuteadlane. Oma mõju peab see avaldama ka mälestuste moodustumisele, sh mälestustele sellest, millises ruumis või keskkonnas millal liiguti. Hipokampust ei võrrelda GPS-iga põhjuseta. ''Idee on, et iga kord, kui uude situatsiooni satud, koostab see uue kaardi. Kui korraga piisavalt paljude ajurakkude laenglemist jälgid, võid loomi ühest ruumist teise tõstes näha, et neuronite laenglemissagedus ja aktiivsusmustrid on erinevad ehk üksteisest sõltumatud,'' selgitas Buzsáki. Selle filosoofilist poolt pidas mees aga veelgi tähtsamaks.  ''Teame ju inimestena, et pole uut mäge, jõge ega ruumi. Kõigel, mida näeme, on mingi vana ja tuttavlik varjund. Vaistlikult võib oletada, et kõik, mis on uus, on vähemalt osaliselt ka vana. Eksisteerima peab mingi pidevus. Kuid kuidas seda kõike ajus esindatakse ning see uuega seostub?''  Mõistatuse lahendamiseks uuris Buzsáki kolleegidega, milliseid aktiivsusmustreid võis näha magavate hiirte hipokampuses enne uude olukorda sattumist ja pärast uusi kogemusi. ''Enne arvati, et uue informatsiooni ja eelnevalt õpitu vahel pole sellisena mingit seost. Analüüsil selgus, et kõige aktiivsemad ja sagedamini laenglevate neuronite aktiivsusmustrid ei muutu õppimise vältel karvavõrdki. Sisuliselt karjuvad nad, et see on küll uus koht, kuid sellel on vanad elemendid,'' laiendas ajuteadlane. Sarnased looma asukohta peegeldavad kohaväljad on olemas ka aeglasemalt laenglevatel ajurakkudel. ''Kuid need on kehvemad ja väljaspool rakke on palju aktsioonipotentsiaale. Õppimise käigus nende arv väheneb ja kohaväljad paranevad. Kui nüüd unes looma liikumist taasesitatakse, kaasatakse neisse nii aeglaselt kui ka kiiresti laenglevaid neuroneid,'' selgitas Buzsáki. Mida vähem ''piisavalt häid'' kümne protsendi hulka kuuluvaid ajurakke kaasatakse, seda uudsemad on kogemused. Kuigi idee ise võib tunduda lihtsakoelisena, pole selle eksperimentaalselt proovile panemine kuigi lihtne. Alustuseks peavad teadlased suutma leida iga üksiku ajuraku panuse. ''Nüüdisaegse tipptehnoloogia abil on võimalik määrata koharakkude alusel looma mõttelist asukohta iga 20 millisekundi tagant. Selle tarbeks kasutatakse aga neuronite kogumit ja meil pole võimalik saada mingit aimdust, mis on iga ajuraku üksik panus,'' nentis ajuteadlane. Võrdne ei pruugi see ilmtingimata log-normaalse jaotuse tõttu olla. Paralleeli võib tuua orkestriga.  ''Kui mõelda sümfooniaorkestri peale ja esimene viiul haigeks jääb, näed kohe, et sellest tõuseb tüli. Kui aga trummariga midagi juhtub, ei pruugi enamik inimesi publikust seda isegi märgata''.  Lahenduseks oli järjest ükshaaval ühe neuroni eemaldamine, millega parallelselt vaadati, kuidas ja kui palju muutis see hiire mõttelist trajektoori. ''Kui nüüd seda neuronite aktiivsusega võrdlesime, selgus, et mida sagedamini need laenglesid, seda vähem need tegelikult süsteemi struktuuri muutsid,'' sõnas Buzsáki. Teisisõnu on õppimise juures on isegi väike panus ülioluline ning aeglaselt laenglevatel ajurakkudel ebaproportsionaalselt suur mõju. Koos teise hiljuti Buzsáki töörühma avaldatud tööga võiksid tähelepanekud viia kahe une peamist funktsiooni kirjeldava teooria ühendamiseni. Esimese kohaselt on see hädavajalik homöostaasi ehk rakkude normaalse biokeemilise tasakaalu taastamiseks. Alternatiivselt on seda tarvis aga peamiselt mälestuste kinnistamiseks. Kuna neid ei saa teha samal ajal, siis ''siiamaani on need kaks asja põrkunud ehk meil oli täiesti eraldiseisvad ideed,'' selgitas ajuteadlane. Buzsáki leidis kolleegidega, et erinevad une aspektid mõjutavad erineva laenglemiskiirusega ajurakke erineval viisil. ''Näeme, et REM-uni teeb midagi muud kui mitte-REM uni, mikroärkamised muud kui unekäävid ning gammaostsillatsioonid erinevad deltalainetest. Tundub, et tegu on keeruka protsessiga, kus on jaotuse iga osa millekski kasulik. Kui eesmärk on erinev, tuleb neid ka erineval viisil reguleerida,'' laiendas mees. Kuna väljapakutud hüpoteesi alusel on võimalik homöostaasi kõrvale mahutada ka mälestuste kinnistamine, pakub see võimalust ideede ühildamiseks. Järelduste peibutavale elegantsusele vaatamata ei kiirusta Buzsáki leidu ainuõigeks kuulutama. ''Inimesed peavad endalt esmalt küsima, kuidas see varasemate mudelitega sobitub ning ka järeldused üldse kehtivad. Teadus töötab nii,'' rõhutas ajuteadlane.  ''Ainus, mida teadlastena teha saame, on üritada teiste hüpoteese ja ideid ümber lükata ja see on ka see, mis meid tagant tõukab. Teooriat saab aga tappa vaid parema teooriaga. Vastuolulist informatsiooni võib olla ükskõik kui palju, aga sellest lihtsalt ei piisa''.  Samuti peab ta ebaotstarbekaks juba ette hüpoteeside kõikehõlmavuse ja tähtsuse üle arutlemist. ''Näiteks Johannes Kepler ei arvanud eales, et (planeetide liikumist kirjeldavad) Kepleri seadused on kuidagi olulised. Alles Newton tõdes, et need on kõige tähtsamad asjad, kui nägi, et saab nende abil edasi liikuda,'' tõi Buzsáki näite. Pigem koguvad teadlased siit ja sealt väikesi tükikesi ning ehitavad neist suuremaid losse, mille suurejoonelisuse üle otsustatakse alles hiljem  ''Avastused saavad avastusteks alles kümme aastat hiljem. Neid ei tehta kohe ja praegu. Nende tähtsuse üle spekuleerides peame tegelema sisuliselt tuleviku ennustamisega. Tegelikult pole aga sellel, kuidas suhtuvad neisse üksikud indiviidid, mingit tähtsust''.  Kitsamalt ajuteaduses toimuvatest arengutest rääkides pidas Buzsáki vajalikuks kummutada arusaama, nagu avastataks pidevalt midagi uut ja huvitavat. ''Teadus on olemuslikult konservatiivne ja areneb aeglaselt. Muidugi on meie käsutuses mitmeid uusi meetodeid ja neuroteadusega tegeleb rohkem inimesi, mis on alati hea... Kuid fundamentaalseid küsimusi on endiselt napilt ja põhjapanevaid vastuseid veelgi vähem. Ja see on täiesti normaalne,'' naeratas ajuteadlane, tuues seejuures Weber-Fecheneri seaduse näol näite psühhofüüsikast. Neuroteaduses ei tea aga teadlased tema sõnul isegi veel seda, mis on selle lõppeesmärk, kust seda otsida ja mida täpselt lahendada. Näiteks vaevab endiselt paljusid küsimus, kas kõigel, millel on piirid inimeste mõistuses, on samad piirid ka ajus endas.  ''Me kasutame sõnavara, mille pärandas meile Aristoteles. Paljud kognitiivteaduses kasutatavad mõisted on välja mõeldud inimeste poolt, kellel polnud õrna aimugi, et nendega – näiteks emotsioonide, motivatsiooni ja tähelepanuga – tegeleb üleüldse aju''.  Kui tahta midagi erilist viimase aja arengutest välja tuua, on see mõistmine, et mälu eristamine planeerimisest, otsuste langetamisest jmt pole eriti hea ja samade mehhanismide mõju võib näha mitmel pool. ''Intuitiivselt tundub see loogiline. Kuidas saad sa planeerida, kui sa oma minevikku ei tea? Eksisteerib mingi järjepidevus. See on väike samm edasi. Kuid kas meil on suuri ajuteooriaid? Ei, tegelikult mitte...,'' mõtiskles Buzsáki.
