Magneettistimulaatio paljasti eroja uneksivien ja unta näkemättömien aivotoiminnassa

Gosseries ja Nieminen valmistelevat koehenkilöä (Bjørn Erik Juel) mittausta varten. Valokuva: Johan Frederik Storm

Aalto-yliopiston ja Wisconsinin yliopiston tutkijat selvittivät aivojen magneettistimulaation ja aivosähkökäyrän yhdistävällä TMS-EEG-laitteella, miten levollisessa, non-REM-vaiheeksi kutsutussa, unessa olevien ihmisten aivotoimintaan vaikuttaa se, näkevätkö he unta vai eivät.

Kun koehenkilöiden non-REM-unta oli kestänyt vähintään kolme minuuttia, tutkijat antoivat kallon ulkopuolelta paikallisia, heikon sähkökentän tuottavia, neuroneja aktivoivia magneettipulsseja. Pulssisarjan jälkeen koehenkilöt herätettiin äänimerkillä ja heitä pyydettiin kertomaan, olivatko he nähneet unta ja kuvailemaan unen sisältöä.

– Perinteisesti ajatellaan, että unien näkeminen liittyy vain REM-vaiheeseen. Tutkimusten mukaan myös non-REM-unesta herätetyt koehenkilöt pystyvät kertomaan unistaan yli puolessa tapauksissa, kertoo Aalto-yliopiston tutkijatohtori Jaakko Nieminen.

– Aivosähkökäyrät osoittivat, että niillä henkilöillä, jotka eivät nähneet unta, eli olivat ei-tietoisessa tilassa, magneettipulssin tuottama deterministinen aivoaktivaatio oli selvästi lyhytkestoisempi kuin niillä henkilöillä, jotka olivat nähneet unta. Havaitsimme myös, että mitä pidempi kertomus unesta oli, sitä enemmän koehenkilöiden aivosähkökäyrät muistuttivat hereillä olevilta mitattuja käyriä, Nieminen selittää.

Tieto tietoisuudesta voi auttaa aivovammapotilaiden hoidossa

Nieminen suoritti mittaukset tutkijakollegansa Olivia Gosseriesin kanssa Wisconsinin yliopiston unen- ja tietoisuuden tutkimuskeskuksessa, jota vetävä Giulio Tononi on maailman arvostetuimpia tietoisuuden tutkijoita. Mittauksia tehtiin yli 40 yön aikana, ja niihin osallistui 11 koehenkilöä. Nukkumisongelmien ja muiden haasteiden takia luotettavia mittaustuloksia saatiin lopulta 6 koehenkilöltä. Yön aikana heidät herätettiin enimmillään 16 kertaa.

Magneettistimulaation tuottamat aivosähkökäyrävasteet non-REM-unen aikana, kun tutkittavat näkivät (punaiset käyrät) ja eivät nähneet (siniset käyrät) unta. Kun tutkittavat eivät nähneet unta, 200 millisekuntia magneettistimulaation jälkeen aivosähkökäyrässä näkyy voimakas heilahdus. Tämän kaltainen vaste on tyypillinen neuronijoukolle, joka on ns. bistabiilissa tilassa, jossa alun aktivoitumisen jälkeen niiden toiminta palautuu satunnaisesti. Mustat ja harmaat viivat osoittavat tilastollisesti merkittäviä eroja tilojen välillä. Oikealla näkyvät vasteet on keskiarvoistettu katkoviivalla osoitettujen kanavaryhmien yli.

– Tietoisuutta on aikaisemmin tutkittu TMS-EEG-mittauksin eri fysiologisten tilojen, kuten valveilla olon, nukkumisen, anestesian ja vegetatiivisen tilan välillä. Me halusimme eliminoida mahdollisimman tarkkaan tiloihin liittyvät muut erot ja keskityimme siksi kapeaan fysiologiseen tilaan, eli non-REM-uneen, Nieminen kertoo.

Magneettistimulaatiota hyödynnetään jo muun muassa masennus- ja kipupotilaiden hoidossa. Niemisen mukaan TMS­-EEG-mittauksien antama tarkka tieto tietoisuuden tilasta voi tulevaisuudessa auttaa myös esimerkiksi niiden aivovammapotilaiden hoidon suunnittelussa, jotka eivät pysty kommunikoimaan.

Artikkeli: Jaakko O. Nieminen, Olivia Gosseries, Marcello Massimini, Elyana Saad, Andrew D. Sheldon, Melanie Boly, Francesca Siclari, Bradley R. Postle, Giulio Tononi: Consciousness and cortical responsiveness: a within-state study during non-rapid eye movement sleep. Scientific Reports 6, 30932 (2016).

Linkki julkaisuun http://www.nature.com/articles/srep30932

Lisätietoja:

Tutkijatohtori Jaakko Nieminen
Aalto-yliopiston neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitos
Puh. 050 344 3186
jaakko.nieminen@aalto.fi