Aivokuvantaminen kertoo kielen oppimisesta

19.11.2012

Kielen havaitsemista ja tuottoa voi tutkia aivokuvantamismenetelmien avulla. Akatemiaprofessori Riitta Salmelin on menestyksellisesti ryhmänsä kanssa selvittänyt, miten kielen oppiminen näkyy aivoissa. Tämäntyyppistä tietoa voidaan hyödyntää esimerkiksi lukihäiriön, änkytyksen ja afasian aivomekanismien ymmärtämisessä. 

Magnetoenkefalografian eli MEG:n avulla Salmelin on seurannut aivojen toimintaa millisekuntien tarkkuudella. MEG mittaa aivojen sähköisen toiminnan tuottamaa magneettikenttää ja sen nopeita ajallisia muutoksia. Toinen käytetty menetelmä on toiminnallinen magneettiresonanssikuvaus eli fMRI, joka paikantaa tarkasti aivosolujen toimintaan liittyvää hapenkulutusta.

”Olemme kehittäneet yksityiskohtaisia koeasetelmia kielellisiin tehtäviin selvittääksemme niihin liittyvää aivotoimintaa”, kertoo Salmelin. Akatemiaprofessorikaudellaan Salmelin on selvittänyt kielen havaitsemisen ja tuottamisen aikaketjua sekä verrannut MEG:llä ja fMRI:llä saatuja tuloksia siitä, miten ne kuvaavat kielen käsittelyä. Lisäksi hän on ryhmineen kehittänyt uusia analyysimenetelmiä eri aivoalueiden toiminnallisen roolin ja keskinäisten vuorovaikutusten tutkimiseksi.

Poikkitieteellistä huippututkimusta

Salmelinin työ on hyvin poikkitieteellistä. Hänen ryhmänsä työskentelee Aalto-yliopiston O.V. Lounasmaa -laboratoriossa. Itse hän on pohjakoulutukseltaan fyysikko. Lisäksi ryhmässä on psykologeja, lääkäreitä ja biologeja, jotka yhdessä tutkimusta tehdessään opettavat toisiaan ja oppivat itse.

Salmelin korostaa olevansa perustutkimuksen tekijä. Aivotutkijaksi hän kuitenkin päätyi paljolti myös siksi, että hän halusi tutkimuksestaan olevan jotakin heti hahmotettavaa käytännön hyötyä.

Salmelinin mukaan kieli on äärimmäisen kiinnostava ja tärkeä älyllinen prosessi. ”Kieli on erottamaton osa ihmisten elämää. Ihmisen kieli on paljolti se, mitä me ihmiset pohjimmiltaan olemme. Oppiessamme kieltä alamme ajatella sen avulla ja toisaalta se myös määrittelee ajatteluamme”, hän pohtii. Siksi vastaavia kokeita ei voida tehdä eläimillä.

Toistuvat ilmiöt alkavat varmistua

Kielen aivomekanismien tutkimuksessa on ensin ymmärrettävä, miten ihminen esimerkiksi havaitsee ja tuottaa yksittäisiä sanoja tai nimeää esineitä. Salmelinin mukaan kukin näistä prosesseista näyttäytyy aivoissa toistuvasti tiettynä omanlaisenaan kuviona. Kielen käsittelystä on käyttäytymistieteellisten mittarien perusteella luotu useitakin malleja, mutta ne eivät yleensä sano mitään aivotason ilmiöistä. Koeasetelmia ja ärsykkeitä muuntelemalla aivosignaaleista on tunnistettu aivoalueita ja aikaikkunoita, joissa signaalin muutos näyttäisi liittyvän kuvan tai sanan käsittelyn eri vaiheisiin.

”Olemme nyt siinä vaiheessa, että alamme olla varmoja toistuvista ilmiöistä. Pikku hiljaa uskallamme ehkä alkaa luoda kielen prosessoinnin malleja sen pohjalta, mitä näemme aivoissa.”

Salmelinin mukaan aivot kertovat mielenkiintoista tarinaa, mutta paljon on vielä selvittämättä. Tavoitteena kuitenkin on, että kuvantamismenetelmien avulla voidaan luoda malleja sen ymmärtämiseen, mitä aivoissa tapahtuu kielen käsittelyssä.

Aivot reagoivat eri tavoin oikeisiin sanoihin ja epäsanoihin

Koetilanteessa tutkittavalle henkilölle näytetään vaikkapa kuvia, jotka hänen tulee nimetä. Samalla MEG:llä tai fMRI:llä mitataan aivojen signaaleja. Tai henkilö voidaan laittaa tunnistamaan oikeita sanoja näyttämällä hänelle kirjainjonoja, joista osa muodostaa oikean sanan ja osa näyttää muodoltaan mahdolliselta suomen kielen sanalta, vaikka sillä ei ole mitään tunnettua merkitystä. Aivovasteista tutkitaan, miten aivot keskimäärin reagoivat näihin eri tyyppisiin kirjainjonoihin. Salmelinin mukaan aivot käsittelevät eri tavalla epäsanoja kuin oikeita sanoja.

Kielellisistä tehtävistä sanojen lukeminen painottuu kaikkein selvimmin vasempaan aivopuoliskoon. Ohimolohkon yläosan vaste 0.2-0.6 sekuntia sanan esittämisen jälkeen näyttää kuvastavan muun muassa sanojen merkityksen ja äänneasun käsittelyä.

”Oikeiden sanojen osalta kirjainjonon pituudella ei ole merkitystä, vaan vaste on lähes samanlainen neli- ja kahdeksankirjaimisille sanoille. Sitä vastoin epäsanojen käsittelyssä pituudella on vaikutusta siten, että vaste on selvästi pitempi pitemmille kirjainjonoille. Tämä liittyy todennäköisesti siihen, että oikeiden sanojen kohdalla tunnistamme nopeasti kokonaishahmon ja liitämme sen merkitykseen, kun taas epäsanojen kohdalla etenemme kirjain kirjaimelta eikä selvää merkitystä löydy.”

Salmelin kertoo, että lukihäiriöisen aivojen toiminta näyttää osittain erilaiselta kuin tavallisen sujuvan lukijan. Vasemman takaraivo-ohimolohkon rajalla, aivojen alaosassa, on alue, joka reagoi erityisen herkästi näkömaailmamme tutuimpiin ja meille tärkeimpiin muotoihin, kuten kirjainjonoihin, numeroihin ja kasvoihin. Lukihäiriöisellä tämä alue ei käsittele kirjainjonoja normaalilla tavalla, vaikka esimerkiksi kasvojen synnyttämässä vasteessa ei ole mitään poikkeavaa. Edelleen on kuitenkin avoin kysymys, mistä häiriö johtuu.

Aivotutkimuksessa on siirrytty yhä enemmän tutkimaan aivoalueiden välistä kytkeytyvyyttä, niiden yhdessä muodostamia verkkoja. Myös tieto aivotoimintojen geneettisestä perustasta kasvaa kovaa vauhtia. Salmelinin ryhmä pyrkii käyttämällä ja yhdistämällä kaikkia näitä menetelmiä ymmärtämään yhä paremmin kielen käsittelyä ja oppimista sekä näiden prosessien häiriöitä.


Teksti ja kuvat: Leena Vähäkylä, Pixmac.fi