Miten muisti toimii?

Miten muisti toimii? Kuva 1 / 1

Muisti on aiheena jatkuvasti ajankohtainen. Samalla kun laskimet ovat tehneet tarpeettomaksi muistin rasittamisen päässälaskutoimituksina ja Wikipedia on vapauttanut meidät pitämästä mielessä loputtomia hyödyllisiä yleistietoon kuuluvia faktoja, tietotekniikka on tuonut uutena haasteena lukemattomat numerokoodit ja usein vaihtuvat salasanat, joita ilman arkielämä ei pyörisi päivääkään.

Kilpailuyhteiskunnan tehokkuusvaatimukset ajavat niin nuorten kuin varttuneempien aikuisten aivojen muistijärjestelmät äärirajoilleen, ja samaan aikaan horisontissa peikkona häämöttää pelko ikääntymisen tuomasta muistisairaudesta. Kun ajatellaan, mitkä kaikkea muistiltamme vaaditaan, yksi aivotutkimuksen suurimmistä haasteista on ymmärtää, miten aivot voivat tallentaa sujuvasti niin paljon informaatiota noin kilon painoiseen biologiseen pehmeään kudokseen.

Aivojen muistijärjestelmät

Aivojen muistijärjestelmissä on paljon samaa nykyaikaisen pöytätietokoneen kanssa. Meillä on ensinnäkin kapasiteetiltaan hyvin rajallinen työmuisti, joka pitää aktiivisesti mielessä ne asiat, joista olemme kunakin hetkenä tietoisia.

Työmuisti voi vastaanottaa tietoa aistien kautta ulkomaailmasta tai hakea sitä säilömuistista, käsitellä ja yhdistellä tietoa. Oleellista on kuitenkin se, että asia on työmuistissa vain siihen saakka, kunnes huomio suunnataan muualle, jolloin uusi tieto syrjäyttää vanhan.

On myös huomattavaa, että työmuisti on hyvin valikoiva. Aivojen huomiota suuntaavat järjestelmät tekevät koko ajan tiukkaa karsintaa siitä, mikä hitunen ympärillämme olevasta valtavasta informaatiotulvasta päästetään työmuistin käsittelyyn.

Tavallisin syy jonkin asian muistamattomuuteen onkin itse asiassa se, että siihen ei alun alkaenkaan ole kiinnitetty huomiota eikä sitä ole tietoisesti havaittu. Lisäksi suurin osa työmuistin sisällöstä tulee ja menee, ja vain merkityksellisimmät asiat tallennetaan edelleen pitkäkestoiseen tietoiseen muistiin.

Tietoisessa muistissa erotellaan vielä asiamuisti (tietomuisti, semanttinen muisti) ja tapahtumamuisti (episodinen muisti). Asiamuisti on erikoistunut yksittäisten asioiden, kuten sanojen ja kuvien muistamiseen. Omakohtaisten tapahtumien talletuksesta vastaava tapahtuma muistin sisältö muistuttaa puolestaan tietokoneelle tallennettua videotiedostoa.

Uuden pysyvän biologisen muistijäljen rakentaminen on haavoittuvainen prosessi, mutta kun muistijälki on vahvistunut, se voi säilyä tallessa koko eliniän. Tästä aivojemme ”kovalevylle” kirjoitetusta muistista käytetään siksi myös termiä säilömuisti.

Tietoisen muistin rinnalla aivoissamme on myös muistijärjestelmiä, jotka tietokoneen kehittyneen käyttöjärjestelmän tapaan hoitavat lukuisia toistuvia rutiineja. Nämä rutiinit eivät koskaan näy näyttöruudussa, vaan ne keräävät tietoa ympäristöstä ja käyttötottumuksistamme. Nämä tiedostamattomat muistijärjestelmät pyrkivät koko ajan mukauttamaan toimintaamme mahdollisimman sujuvaksi ja tarkoituksenmukaiseksi kussakin tilanteessa. Nekin ovat siis oppivia ja muistavia järjestelmiä.

Näitä kutsutaan yhteisesti taitomuistiksi tai toimintamuistiksi, sillä niiden muistin sisältöä ei voi palauttaa mieleen, vaan se ilmenee muuntuneen toiminnan kautta. Tällaisia järjestelmiä ovat mm. uusien toimintatapojen oppiminen ja aivokuoren virittyminen käsittelemään toisiinsa liittyviä yksityiskohtia, kuten näkemään luetusta tekstistä kokonaiset sanat yksittäisten kirjainten sijaan.

Anatomisesti erilliset järjestelmät

Muistijärjestelmät ovat anatomisesti erillään toisistaan. Siksi ne ovat eri tavalla alttiit aivosairauksille.

Esimerkiksi työmuistin toimintahäiriö ilmenee yleensä henkisen suorituksen hitautena tai keskittymiskyvyttömyytenä, eikä sitä yleisesti mielletä muistihäiriöksi. Iäkkäiden työmuistin kapasiteetti on tyypillisesti heikompi kuin nuorten, varsinkin tilanteissa, joissa pitää aktiivisesti pitää kahta asiaa yhtä aikaa työmuistissa.

Heikentynyttä työmuistia pidetään keskeisenä löydöksenä skitsofreniapotilailla jo ennen psykoosin puhkeamista. Lisäksi sitä tavataan mm. lewynkappaletaudissa ja muissa otsa-ohimolohkorappeumissa sekä Parkinsonin taudissa. Täydellistä valikoivaa työmuistin menetystä ei ole ihmisellä kuitenkaan raportoitu kuin yksittäistapauksia.

Tietomuistiin jo vakiintuneita vanhoja asioita ei onneksi menetetä koskaan täydellisesti, joskin pitkälle edenneessä dementiassa myös vanhat asiat alkavat hävitä muistista. Lisäksi alemman ohimolohkon harvinaisissa paikallisissa vaurioissa (esim. aivoverenvuodon yhteydessä) on raportoitu ns. semanttista muistinmenetystä, jossa henkilö voi esimerkiksi menettää kyvyn tunnistaa eläimiä, mutta pystyy nimeämään vaivatta työkaluja. Myös afasia voidaan mekanismiltaan katsoa semanttiseksi muistinmenetykseksi, vaikka sitä ei muistiongelmaksi yleensä mielletäkään; Wernicken ja Brocan puhealueille tallentuneet sanat katoavat muistista pysyvästi.

Kaikkein tavallisin aivosairauteen liittyvä muistihäiriö on kyvyttömyys tallentaa pysyvä muistijälki viimeaikaisista tapahtumista tai oppia yhdistämään irrallisia asioita toisiinsa, kuten nimi ja kasvot. Tämän taustalla on hippokampuksen ja siihen läheisesti liittyvien aivoalueiden molemminpuolinen vaurio, tavallisimmin Alzheimerin taudin yhteydessä. Kun tautiprosessi leviää peririnaaliselle aivokuorelle, tulee oirekuvaan mukaan myös kyvyttömyys tunnistaa tuttuja asioita: esimerkiksi muistipotilas ei enää tunnista lähiomaisen kasvoja.

Taitomuisti on paljon vastustuskykyisempi sairausprosesseille. Tunnettuahan on, että juurtuneita toimintatapoja on erittäin vaikea kitkeä pois. Taitomuistin heikkeneminen voi tulla esiin vaikeutena oppia toimimaan oikein tapauskohtaisesti toisiaan muistuttavissa tilanteissa (esim. eri suuntiin aukeavat ovet). Uusien toimintatapojen oppiminen heikentyy tyvitumakkeita vaurioittavissa sairauksissa, kuten Parkinsonin taudissa ja erityisen selvästi Huntingtonin taudissa.

Voiko muistijäljen syntyä tehostaa lääkkeillä?

Muistia onkin paljon helpompi heikentää kuin vahvistaa lääkehoidoilla. Tunnetuimpia esimerkkejä muistia heikentävistä lääkkeistä ovat kaikki veriaivoesteen läpäisevät antikolinergit kuten skopolamiini tai GABAA-reseptorin toimintaa tehostavat lääkkeet, kuten bentsodiatsepiinit. On myös kokeellista näyttöä siitä, että sentraalisesti vaikuttavalla beetasalpaajalla (propranololi) voidaan estää tarinan emotionaalisen sisällön mieleen painamista tehostava vaikutus.

Eläinkokeissa on saatu joitain lupaavia tuloksia. Vanhin esimerkki on epämiellyttävän kokemuksen parempi muistaminen noradrenaliinihermovälitystä tehostavilla lääkeaineilla. NMDA-reseptorin toimintaa voidaan parantaa sen allosterisilla muuntelijoilla glysiinillä ja sykloseriinillä, ja siten tehostaa muistijäljen syntyä.

Terveille vapaaehtoisille tai muistihäiriöpotilaille sairausprosessista riippumattomat muistia tehostavat lääkitykset eivät ole tuottaneet toivottua tulosta. Vahvin näyttö on kofeiinista, mutta se onkin kutakuinkin optimiannoksena käytössä useimmilla suomalaisilla.

Yksi ratkaiseva ero eläinkokeiden ja kliinisten kokeiden välillä on se, että muistilääkitys annetaan koe-eläimelle yleensä kerta-annoksena yksittäisen oppimistapahtuman jälkeen, kun taas kliinisessä käytössä lääkettä otetaan jatkuvasti. Näin lääkkeen muut vaikutukset voivat kumota yksittäisen tapahtuman paremman taltioinnin. Ihanteellinen muistilääke pitäisi annostella tilannekohtaisesti, kuten insuliini pumpulla aterian alussa.

Muistin salat ovat vasta aukeamassa

Vaikka muistitutkimus on ollut aivotutkimuksen painopistealueita siitä saakka kun 1950-luvun lopussa ensimmäisen kerran raportoitiin molemminpuoliseen ohimolohkoleikkaukseen liittyvä täydellinen muistinmenetys, muistin salat ovat vasta aukeamassa. Miten syntyy väärä muistikuva, josta henkilö itse on täysin vakuuttunut? Miten muistin sisältö siirtyy hyvässä järjestyksessä hippokampuksesta aivokuoren hajautettuihin verkostoihin vuosikausiksi niin, että se voidaan tarpeen tullen sieltä kuitenkin poimia työmuistiin?

Selvittämättömiä kysymyksiä on paljon, mutta alan tutkimus etenee ripeästi. Voimme odottaa, että aivojen muistimekanismien tutkimus voi lähivuosina tuoda uusia ajatuksia siitä, miten voimme myös informaatioyhteiskunnassa muistaa kaiken oleellisen ja miten ikääntymisen myötä uhkaavat muistisairaudet voidaan ehkäistä.

Kirjoittanut:
Heikki Tanila
LT, professori
Itä-Suomen yliopisto, 
A.I. Virtanen -instituutti

Kuva:
Panthermedia

Julkaistu Lääkärilehdessä 51-52/14. Lue artikkeli kokonaisuudessaan liitteestä.

Oletko jo lukenut nämä?

Terveyskirjasto.fi