Hyppää sisältöön

Muisti toimii paremmin uloshengittäessä

Hermosolut aktivoituvat tehokkaammin, kun ihminen hengittää ulos ja sydämen syke on lepovaiheessa.

Jyväskylän yliopiston tutkimuksissa on havaittu muistin toimivan eri tavoin hengitysrytmin mukaan. Kuvassa valmistaudutaan yliopiston pääsykokeisiin. Kuvituskuva. Kuva: Petteri Sopanen / Yle

Yliopistotutkija Markku Penttonen saapuu haastatteluun ja kertoo viimeisen parin tunnin ajan tutustuneensa Turun katuihin ja sokkeloiseen torityömaahan. Huomenna hän arvelee muistavansa jo paremmin kadunkulmat ja tarvittavat maamerkit osatakseen kulkea sujuvammin haluttuun suuntaan.

Tämän Penttonen tietää Jyväskylän yliopistossa tekemiensä tutkimustenkin perusteella. Hän on selvittänyt työuransa aikana ihmisen muistin toimintaa. Tänään kertynyt tieto tallentuu ensin hermosoluihin ja niiden välisiin yhteyksiin, ja vasta myöhemmin pitkäaikaiseen muistiin.

Penttonen kertoo heidän tutkimusryhmänsä tehneen mielenkiintoisen havainnon käyttäytymisneurotieteellisen tutkimuksen kokeessa (siirryt toiseen palveluun), jossa ihmiset reagoivat silmään tulevaan kevyeen ilmasuihkeeseen. Vahvistui käsitys siitä, että muisto tallentuu paremmin uloshengitysvaiheessa, ja vielä paremmin, jos sydän on diastolisessa vaiheessa eli ottaa uutta verta sisään.

Jyväskylän yliopiston tutkija Markku Penttonen on mukana kahdessa isossa Suomen Akatemian tutkimushankkeessa, joissa kohteena on muistin toimiminen. Turussa hän osallistui taidetta ja tiedettä yhdistävään ABOAGORA-tapahtumaan. Kuva: Markku Sandell / Yle

Hengityksen rytmi on normaalisti 15–20 sisään- ja uloshengityskertaa minuutissa. Miten asiat muka ehtivät uloshengittäessä tallentumaan muistiin paremmin?

– Uloshengityksen aikana esiintyvät tapahtumat saavat enemmän viriytymistä tietyissä aivoalueissa tai näitä tapahtumia edustavissa hermosolujoukoissa. Näiden hermosolujoukkojen toiminta jää pidemmäksi aikaa sellaiseen korkeaan toiminnalliseen tilaan ja hermosolujoukon toiminta on sitten helpommin siirrettävissä pidempiaikaiseen muistiin myöhemmin, Penttonen selittää.

Kun aivoalue on viriytynyt, sen on tutkijan mukaan helpompi jollakin tapaa ohjailla kognitiivisia, henkisiä toimintojamme. Yksi näistä on oppiminen. Näyttää siltä, että tietyssä hengityksen vaiheessa voimme oppia asioita helpommin kuin toisessa.

Uloshengitysvaiheessa havainnoimme paremmin ympäristöämme ja voimme paremmin havaita asioiden välisiä yhteyksiä.

Muistijäljet tallentuvat unessa

Parissa ensimmäisessä yöunen syvän unen vaiheessa ihminen on erkaantunut ympäristön ärsykkeistä. Aivot voivat silloin keskittyä omaan toimintaansa ja päivän mittaan hermosoluihin tallentuneisiin muistijälkiin.

Autonomisen hermoston säätelemän hengityksen ja sydämen sykkeen antama rytmi luo pohjan muille elimistön ja aivojen osien rytmeille, jotka voivat olla näitä perusrytmejä tiheämpiä.

Tietyllä tavalla hengityksen kautta laajat aivoalueet ovat yhteyksissä toisiinsa ja aktiivisia samanaikaisesti. Sitä kautta vuorottelevat toiminnallisuus ja lepo hermostossa.

Muistot tallentuvat miljardeihin hermosoluihin ja niiden yhteyksiin. Kuva: Mostphotos

Hermosoluista purkautuu aivokuorelle kertyneitä tietoja, jotka mahdollisesti jäsentyvät entisiin. Näin muodostuu käsitteitä tehdyistä havainnoista.

– Nämä hitaat hengitykseen liittyvät rytmit ajavat asteittain yhteen muita rytmejä. Silloin kun kolme, neljä eritaajuista rytmiä sattuu sopivasti päällekkäin, hermosolujen tila muuttuu sellaiseksi, että ne tallentavat keskinäisiä yhteyksiä. Nämä keskinäiset yhteydet ovat eri tapahtumien, meidän kokemuksiemme edustus hermostossa.

Seurauksena on, että kun me olemme nukkuneet, muisto on tallentunut.

Kehon ja aivojen rytmit vaihtelevat

Markku Penttonen ja apulaisprofessori Miriam Nokia ovat kuvanneet kehon eri rytmejä keväällä julkaistussa artikkelissa: Rhythmic Memory Consolidation in the Hippocampus. Frontiers in Neural Circuits. (siirryt toiseen palveluun)

Hengitys (0,4-0,15 Hz) tahdistaa sydämen sykettä siten, että sisäänhengityksen aikana syketaajuus on korkeampi ja sydämen lyöntien välien pituudet ovat lähellä toisiaan.

Uloshengityksen aikana syketaajuus on matalampi ja lyöntien välit vaihtelevat enemmän, jolloin sykevälivaihtelu on suurempi.

Unen alussa syvän unen jaksojen pituudet ovat noin 90 minuuttia.

Aivojen sähkökäyrän (EEG) alfa aallot (10-12 Hz) tulevat esille erityisesti näköaivokuorella kun silmät suljetaan. Erittäin hitaat rytmit (<0,5 Hz) rytmittävät uneen siirtymisen aikana esiintyviä unisukkuloita (noin 15 Hz) ja yleisemmin beta-aktiivisuutta (13-30 Hz).

Kuviossa on esitetty tunnetut kehon ja aivojen rytmit, jotka limittyvät toisiinsa ja hitaammat rytmit tahdistavat nopeampia. Rytmit ovat joko aaltomaisia toistuvia värähtelyjä tai tietyin väliajoin esiintyviä purskeita. Asteittain nopeutuvien rytmien keskitaajuuksien suhdeluku on noin 2,72 (e, Napierien luku). Kaavion ylä- ja alapuoliset x-akselit ovat logaritmiset ja pysty y-akseli on lineaarinen. Kuva: Jyrki Lyytikkä / Yle

Hidas rytmi (0,5-1 Hz) aktivoi nopeasti ja heti perään välittömästi vaimentaa aivokuoren toimintaa syvän unen aikana. Lisäksi hidas rytmi tahdistaa muistiin tallentamiseen liittyvässä hippokampuksessa väre-rytmiä.

Väre on lyhytkestoinen (noin 0,1 s) ja korkeataajuinen (80-300 Hz) purske. Väreen ajatellaan mahdollistavan päivän kokemuksista hippokampukseen ja aivokuorelle syntyneiden jälkien lujittumisen pitkäkestoiseen muistiin syvän unen aikana.

Syvän unen aikana hidas rytmi tahdistaa lisäksi deltarytmiä (1-3,5 Hz) ja deltarytmi puolestaan unisukkuloita (noin 15 Hz).

  • Kuuntele Yle Areenasta Muistipeli-sarja. Muistin toiminta on kiehtova palapeli, jonka avulla elämme koko ajan monessa aikatasossa. Muisti rakentaa meistä sen, mitä olemme, ja aistit auttavat meitä muistamaan.

Rytmit näkyvät sähkökäyrinä

Ihmisen ja koe-eläinten sisäisiä rytmejä voidaan mitata eri tavoin. Eri rytmeillä on toisistaan poikkeavat taajuudet, jotka näkyvät aivosähkökäyrissa. Uusin tapa on tutkia hermosolujen purkautumista kalsium-kuvantamisella, jossa näkyy solujen tilan muutos.

– Aivojen sisälle on asetettu linssi kuvaamaan solujoukkoja kallon ulkopuolisella kameralla. Näissä soluissa niihin aiemmin siirretty tietynlainen väriaine muuttuu kirkkaaksi, kun solu laukeaa. Tämä mahdollistaa sen, että voimme nähdä esimerkiksi miten nämä tietyt soluryhmät laukeavat oppimisen aikana ja miten ne laukeavat unen aikana, Markku Penttonen kertoo.

Yksittäinen hermosolu ei pysty tallentamaan kovin paljon, mutta jos muistijälki tallentuu suureen joukkoon hermosoluja ja niiden yhteyksiin, niin silloin muistijälki tallentuu helpommin myös pitkäaikaisesti.

Hermosoluissa tapahtuu muutoksia, kun ne tallentavat tietoa. Yliopistotutkija, dosentti Markku Penttosen mukaan kestotehostumiseksi nimetty ilmiö tunnetaan varsin hyvin.

– Siinä mekanismissa solukalvo depolarisoituu, jolloin sen jännite muuttuu positiiviseen suuntaan. Solun sisälle virtaa kalsiumia, joka saa aikaan muutoksia solun toiminnassa. Kalsiumin virtaaminen mahdollistaa monia erilaisia tapahtumia, jotka sitten lopulta johtavat muistijäljen tallentumiseen. Juuri tätä solukalvon muutosta on helpompi saada aikaiseksi, kun monet solut yhtä aikaa laukeavat ja pommittavat muita hermosoluja.

Muistijäljen syntyminen voidaan siis määritellä sähkökemialliseksi reaktioksi.

Nukkuessa ensimmäisten syvän unen vaiheiden aikana tallennamme pitkäkestoiseen muistiin päivän tapahtumia. Kuva: Carlos Larrechi / AOP

Meneekö muisti tukkoon?

Hermosoluja on noin sata miljardia, joten niiden välisiä uusia yhteyksiä voi syntyä lukemattomasti.

Vaikka hengityksen rytmiä ja sydämen sykettä säätelee autonominen hermosto, johon ihminen ei voi tietoisesti vaikuttaa, Markku Penttonen sanoo, että hyvän yöunen ohella ihminen voi vaikuttaa muistinsa toimintaan hengitysrytmiään säätelemällä.

– Jos ajattelee, että uloshengityksen aikana voi paremmin tarkkailla ympäristöä rauhallisesti hengittelemällä ulos ja sisään, niin siinä sitten tulee niitä tiettyjä vaiheita, jotka ovat hyviä uloshengityksen vaiheita, jolloin on mahdollista oppia jotain yhteyksiä paremmin.

Yliopistotutkija Markku Penttosen tutkimukset ovat keskittyneet viime aikoina hippokampuksen toimintaan. Kuva: Wikimedia user: CFCF

Jotkut ihmiset käyttävät Penttosen mielestä hengitysrytmejä hyväkseen.

– Olen monesti nähnyt, että kun lentopalloilijat valmistautuvat syöttämään palloa, heillä on tietyt rytmiset hengitykset siinä, ja sitten jossain vaiheessa he lähtevät iskemään palloa.

Hermosolujen kannalta ihminen oppii yhtä hyvin sekä nuorena että vanhana, sillä uusia soluja syntyy elämän varrella ja miljardien solujen yhteydet ovat melko rajattomat. Penttosen mukaan kokemuksemme ovat kuitenkin voimakkaampia nuorena. Sen takia tallennamme paljon paremmin mieleen asioita, jotka tapahtuvat meille siinä iässä.

– Tyypillisesti sellaiset muistot, joihin liittyy suuria tunteita, jäävät pitkäaikaiseksi. Kokeellisesti on voitu osoittaa, että kun muisto otetaan esille, niin sen jälkeen muisto tallennetaan vähän erilaisena. Sillä tapaa vanhat muistot voivat purkautua, yliopistotutkija Markku Penttonen sanoo. Tämä on monella tapaa se menettely, jota käytetään psykoterapiassa.

Aivoissa on myös hermosolujen puhdistusmekanismi, joka poistaa niistä kuona-aineita. Unen aikana sydämen ja hengityksen rytmit ja jotkut hitaammat rytmit vaikuttavat siihen, että hermosoluista erittyneitä kuona-aineita poistetaan.

Tämä mahdollistaa sen, että hermosto on toimintakykyinen seuraavanakin päivänä. On myös esitetty ajatuksia siitä, että kuona-aineiden poiston häiriintyminen tai estyminen olisi syynä Alzheimerin tautiin ja muistin toiminnan heikkenemiseen.

Lue myös

Muistiasiantuntija kannustaa tekemään muistisairaan läheisen kanssa asioita, jotka tuovat hymyn huulille: "Tunne jää, vaikka tieto häviää"

Uudet Alzheimer-lääkkeet ovat lupaavia, mutta taudin perussyy edelleen tuntematon

Tutut kansantaudit vievät hautaan useimmat pohjoiskarjalaiset: verenkiertoelinten sairaudet, kasvaimet ja muistisairaudet

Dementia voi harvinaistua meilläkin – viisi vinkkiä muistisairauden pitämiseksi loitolla