PS3: Hermosto ja sen rakenne ja toiminta

Aivan ensiksi on syytä huomioida eräs ihmismielen suurin ongelma, ns. body-mind-ongelma. Tiedetään, että muisto tai tunne syntyy lukemattomien hermosolujen yhteistyönä. Pelkästään yksi hermosolu ei tähän riitä, vaikka viesti kulkeekin hermosolussa. Mieltä ei voi konkretisoida samalla tavalla kuin hermosoluja, mutta silti esimerkiksi muistot ja tunteet syntyvät aivojen hermosolujen aktivoituessa. Ihmismieli tarvitsee siis aivot ollakseen olemassa. On kuitenkin arvoitus, miten tietoisuus, psyykkiset toiminnat ja hermosto ovat keskenään vuorovaikutuksessa ja miten näiden kolmen tekijän vuorovaikutuksesta voi syntyä jotakin niin abstraktia, kuin muisto tai tunne.

Hermosolu eli neuroni

Aivoissa on miljardeja hermosoluja, jotka käsittelevät tietoa ja muodostavat hermoverkkoja. Sensoriset neuronit vastaanottavat aistitietoa ja kuljettavat sen keskushermostoon, motoriset neuronit puolestaan vievät käskyjä lihaksiin. Välineuronit sijaitsevat edellämainittujen välissä, ja ne ovat erikoistuneet tiedonkäsittelyyn. Neuronin perusosia ovat solukeskus (sooma), tuma, viejähaarake eli aksoni, tuojahaarakkeet eli dendriitit, myeliinitupet, kuroumat sekä synapsit. Dendriitit ottavat tietoa vastaan edellisestä hermosolusta, aksoni puolestaan kuljettaa tietoa seuraavaan hermosoluun. Aksonia ympäröivät myeliinitupet nopeuttavat hermoimpulssin kulkua huomattavasti: viesti ikäänkuin "hyppii" kuroumien yli. Synapsi eli kahden neuronin liitoskohta välittää hermoimpulssin eteenpäin kemiallisesti.

Hermoimpulssin eli aktiopotentiaalin kulku

(1) Presynaptinen neuroni muodostaa välittäjäainetta, jota kulkeutuu aksonia pitkin päätehaarakkeisiin. Välittäjäaine varastoituu siellä synaptisiin rakkuloihin. (2) Kun hermoimpulssi saapuu, välittäjäaineita erittyy synaptiseen rakoon. Välittäjäaineiden tehtävänä on muuttaa postsynaptisen neuronin solukalvon jännitettä. Välittäjäaineet voivat toimia joko kiihdyttäen tai hidastaen impulssin kulkua (kiihottavat ja ehkäisevät synapsit), vaikutus summautuu solukeskuksessa. (3) Hermoimpulssi syntyy, kun kiihottavien synapsien vaikutus on ehkäiseviä suurempi. (4) Välittäjäaine kiinnittyy seuraavan neuronin dendriitin vastaanottajareseptoreihin avain-lukko-periaatteella, hermoimpulssi etenee siis synapsien ja välittäjäaineiden yhteisvaikutuksen avulla. (5) Lopulta välittäjäaine palautuu synapsirakoon ja sieltä takaisin presynaptiseen neuroniin odottamaan seuraavaa hermoimpulssia. Neuronin sisällä viesti kulkee siis sähköisenä impulssina, kun taas synapsissa viestin kulkeutuminen on kemiallista.

Välittäjäaineet

Välittäjäaineet muodostavat aivoissa erilaisia vaikutusjärjestelmiä. Esimerkiksi psykoaktiiviset aineet sekä jotkin psyykkiset sairaudet muuttavat aivojen välittäjäainetuotantoa, niiden yhteys psyykkiseen toimintaan on voitu todistaa.

dopamiini: liikkeiden säätely (vrt. Parkinsonin tauti, nykivät liikkeet), mielihyvä, riippuvuus serotoniini: vireys, tunteet (vrt. masennus)

noradrenaliini: mielihyvä, tunteet, palkkio-rankaisujärjestelmät, aktiivisuus

asetyylikoliini: vireys, muisti (vrt. Alzheimerin tauti)

Hermoverkot

Neuronit muodostavat järjestäytyneitä, toiminnallisia, yhteyksiä eli hermoverkkoja. Hermoverkot vastaanottavat tietoa muista hermoverkoista, käsittelevät tietoa ja lähettävät tietoa muihin hermoverkkoihin. Ne muodostavat psyykkisen toimintojen perustan (havaitsemiseen ja liikkeeseen erikoistuneet hermoverkot sekä toimintojen säätelyistä huolehtivat hermoverkot). Hermokudos on muuntautumiskykyistä, lisäksi hermoverkot järjestäytyvät ajoittain uudelleen (vrt. plastisiteetti)

Hermoston rakenne ja toiminta

Hermosto jakautuu keskushermostoon ja ääreishermostoon. Keskushermostoon kuuluvat aivot ja selkäydin, ääreishermosto jakautuu edelleen autonomiseen ja somaattiseen (tahdonalaiseen) hermostoon. Autonominen hermosto jakautuu sympaattiseen ja parasympaattiseen hermostoon, joista sympaattinen toimii aktivaatiota tarvitsevissa tilanteissa ja parasympaattinen tätä rauhoittaen (taistele-pakenetilanne). Sympaattisen hermoston toimiessa syke nousee, pintaverisuonet supistuu, hengitys kiihtyy,  ruuansulatus hidastuu, hikoilu lisääntyy ja pupillit laajenee. Ihminen valmistautuu toimintaan. Autonominen hermosto ylipäätään vastaa pitkälti peruselintoiminnoista ja toimii kiinteässä vuorovaikutuksessa sisä- eli umpieritysjärjestelmän kanssa. Vaikka hermostoja voidaan jaotella kyseisellä tavalla, on huomattava, että hermostot ovat kiinteässä vuorovaikutuksessa toisiinsa.

KESKUSHERMOSTO

Aivot: isot aivot, aivorunko sekä pikkuaivot

Isot aivot:

Isot aivot jakautuu kahteen puoliskoon eli hemisfääriin, joita yhdistää aivokurkiainen. Aivopuoliskot ovat erikoistuneet omiin tehtäviinsä, mutta ne ovat kiinteässä vuorovaikutuksessa toisiinsa - aivot toimivat kokonaisuutena. Kontralateraalisuudella tarkoitetaan sitä, että oikea hemisfääri ohjaa kehon vasenta ja vasen hemisfääri kehon oikeaa puolta. Lisäksi aivopuoliskojen välillä vallitsee työnjako eli lateralisaatio: vasen aivopuolisko vastaa yleensä enemmän kielellisestä toiminnasta, oikea puolestaan visuaalisesta toiminnasta. Molemmilta aivopuoliskoilta löytyy otsa-, ohimo-, päälaki- ja takaraivolohkot.

Aivokuorella eli korteksilla sijaitsee mm. toiminnallisia alueita: sensoriset alueet (näköalue takaraivolohkolla, kuuloalue ohimolohkolla, tuntoalue päälakilohkolla), motoriset alueet (liikkeiden säätely otsalohkolla) sekä assosiaatioalueet eli eri alueiden tietoja yhdistelevät alueet. Korteksi on tietoisen toiminnan lähde.

Limbinen järjestelmä on keskeinen muistin, tunteiden ja motivaation kannalta, sitä kutsutaankin ns. eläimelliseksi viettikeskukseksi. Eläimillä limbinen järjestelmä vastaa ravinnonhankinnasta (hypotalamus ja nälkä), lisääntymisestä sekä pelon tunteesta (amygdala). Limbinen järjestelmä käsittää evolutiivisesti vanhat aivojen alueet; hypotalamuksen, hippokampuksen, amygdalan sekä kaksisuuntaiset yhteysradat talamukseen. Limbiseen alueeseen on voitu paikantaa aivojen palkkio- ja rangaistusjärjestelmiä sekä taistele-pakene-reaktioita.

Basaaligangliot eli tyvitumakkeet ovat keskeisiä liikkeiden tuottamisen, suunnittelun ja organisoinnin kannalta (vrt. Parkinsonin tauti)

Aivorunko:

Väliaivot eli talamus ja hypotalamus osallistuvat hermoston toimintojen säätelyyn. Talamus vastaa aistitiedon, tunne-elämän, tajunnan ja motoriikan säätelystä. Talamuksella on paljon kytkentöjä aivojen eri alueisiin (laskevat ja nousevat radat), lähes kaikki aistitieto kulkeekin talamuksen kautta aivokuorelle. Hypotalamus vastaa autonomisen hermoston toiminnasta ja aivolisäkkeen hormonierityksestä. Se jakautuu erilaisiin tumakkeisiin (esim. suprakiasmaattinen tumake, ventromediaalinen tumake jne.). Hypotalamuksella on monia ravinnon, nesteen ja uni-valverytmin säätelymekanismeja, lisäksi se vastaa aineenvaihdunnan säätelystä, aggressiosta sekä seksuaalisuudesta.

Aivoverkosto (retikulaarinen aktivaatiosäätöjärjestelmä, RAS) vastaa vireyden säätelystä sekä lisäksi liikkeiden, asentojen, hengityksen ja tarkkaavaisuuden säätelystä. RAS:in myötä syntyy myös orientaatiorefleksi. Aivorunkoon kuuluva aivosilta yhdistää pikkuaivojen puoliskoja ja ydinjatke yhdistää selkäytimen aivoihin säädellen mm. sydämen sykettä ja hengitystä.

Pikkuaivot: 

Pikkuaivot vastaavat liikkeiden hienosäädöstä, automatisaatiosta sekä lihasmuistista.