Kognitiiviset toiminnot: Liikkeet

Aktiivinen vuorovaikutus ympäristön kanssa vaatii keinoja toimia siinä, liikkua ja suunnata kehoa haluamiinsa kohteisiin, tarttua esineisiin ja käyttää tavaroita asianmukaisella tavalla tehdäkseen töitä tai selvitäkseen arjen askareista. Tähän tarvitaan motoriikkaa eli liiketoimintoja. Nykytiedon mukaan liiketoiminnot ovat jatkuvasti yhteydessä myös muihin kognitiivisiin toimintoihin ja jopa yli 50% aivoalueista on tavalla tai toisella tekemisissä liiketoimintojen kanssa. (Paavilainen 2016, 244-245.)

1 Liikkeiden säätely selkäytimessä, aivokuorella ja pikkuaivoissa

Liikkuminen ja liikkeiden säätely on jaettu kolmen eri järjestelmän alaisiksi niiden käskyjen ja säätelyn mukaan. Ensimmäinen, lähes automaattinen järjestelmä sijaitsee selkäytimessä, niin kutsuttujen refleksien liikemallit. Ne ovat automaattisia ja ei-tahdonalaisia reaktioita johonkin tiettyyn ärsykkeeseen. Niiden käynnistyttyä ei liikesarjaa voi enää keskeyttää tai muuttaa, esimerkiksi sormilla kuumaan lieteen koskettaessa. Usein tähän säätelyyn tarvitaan vain sensorisen tuojahaarakkeen ja motorisen viejähaarakkeen synapsi selkäytimessä eli kahden hermosolun välinen viestin välitys. Selkäytimessä voidaan tuottaa myös joitakin yksinkertaisia liikemalleja ilman kortikaalista säätelyä, kuten kävelyn rytmiikan säätely. (Paavilainen 2016, 245.)

Ihmisen liikkuminen ja toiminta perustuvat kuitenkin enimmäkseen tahdonalaisiin liikkeisiin. Toinen ja ehkä toiminnallisesti tärkein liiketoimintojen ohjaus tapahtuu aivokuoren motorisilla alueilla. Tällaiset liikkeet ovat usein feedback- ja feedforward -systeemien alaisia, palauteohjattuja liikkeitä, joita korjataan jatkuvasti jotta tietty päämäärä saavutetaan. Jatkuva palaute on myös edellytys uuden oppimiselle, kuten autolla ajaminen. (Paavilainen 2014, 245-246.) Somatosensorisen tiedon palautuminen sensoriselle aivokuorelle ja liikkeen ohjelmointi motorisella aivokuorella ovat sijainniltaan lähellä toisiaan aivokuorella ja tämä mahdollistaa niiden välisen sujuvan ”kommunikoinnin”. Jotta voimme liikkua spesifisti, eriytyneesti ja suunnitellusti, täytyy meidän tuntea tarkasti kaikki kehon osamme. (Kalat JW 2014, 235.)

Oppimisen myötä syntyy myös liikesarjoja, jotka perustuvat harjoittelun tuloksena opittuihin automatisoituneisiin motorisiin ohjelmiin. Nämä liikesarjat ovat valmiina aivoissa odottamassa käyttöön ottoa, eikä liikesarjojen jokaista liikettä tarvitse erikseen käynnistää. Liikesarjan käynnistyttyä se viedään läpi ilman tietoista kontrollia. Kävely on yksi tällainen liikesarja. Kun liikkeellelähtö on tapahtunut ja muutamat askeleet otettu, tulee siitä automaattinen liikesarja. Tämä mahdollistaa kävelyn aikana ympäristön tarkkailun, ystävien tervehtimisen, juttelun ja niin edelleen. Mikäli kävelyn liikesarjaa tulee jossain vaiheessa muuttaa, otetaan tahdonalainen toiminta käyttöön kunnes matka jatkuu ilman esteitä ja hidasteita. Tanssiminen, pianonsoitto sekä muut liikesarjoihin perustuvat toiminnot ovat usein käynnistyttyään sujuvaa etenemistä ilman tietoista kontrollia. (Paavilainen 2016, 246.)

Nopeissa ja tarkkaa ajoitusta vaativissa liikesarjoissa pikkuaivot ovat tärkeässä roolissa. Ne osallistuvat liikkeiden suunnitteluun, ajoitukseen ja toimeenpanoon. Pikkuaivoista on yhteyksiä sekä aivokuorelle että aivorungon tyvitumakkeisiin, jotka osallistuvat liikkeiden säätelyyn. Pikkuaivoissa sijaitsee yli 70% aivojen hermosoluista ja tämän mahdollistaa verkostomaisesti kytkeytyneet Purkinje-solut. Verkostot vahtivat liikkeiden sujumista ja tarvittaessa lähettävät korjauskäskyjä muille alueille. (Paavilainen 2016, 260.)

2 Tahdonalaisten liikkeiden suunnittelu ja säätely keskushermostossa

Liiketoimintojen säätely aivoalueilla on tarkoin säädelty ja eri aivoalueilla on erilaisia tehtäviä niiden toteutuksessa. Otsalohkojen etuosassa tapahtuu ylimmän tason säätely eli toiminnan suunnittelu. Toimintaan tarvittavat liikkeet suunnitellaan sekundaarisilla liikealueilla ja liikkeet toimeenpannaan primaarilla liikealueella, keskiuurteen etupuolella. Liikesarjojen toteutuksessa avustavat useat muut aivojen alueet, kuten sensorinen kuorikerros keskiuurteen takapuolella, subkortikaaliset rakenteet ja pikkuaivot. (Paavilainen 2016, 247.)

Primaarinen motorinen korteksi keskiuurteen etupuolella on tärkeä liikkeiden aloittamisen ja tekemisen kannalta, mutta suunnittelu tapahtuu posteriorisella parietaalikorteksilla. Parietaalikorteksilla sijaitsevat alueet, jotka hahmottavat kehoamme suhteessa ympäristöön ja sinne tulee ärsykkeitä useista somatosensorisista lähteistä, joiden avulla aivot monitoroivat myös kehonkuvaamme l. body schemaa. (Kalat JW 2014, 237.) Body schema on koko ajan aivokuorelle päivittyvä kuva kehostamme suhteessa ympäristöön. Parietaalikorteksille tulee palautetta useista somatosensorisista lähteistä, kuten näkö, kuulo, tunto, lihasreseptorit, jänteiden ja nivelten proprioseptorit ja niin edelleen (Jedina M. 2017.) Parietaalikorteksilta suunnitelma siirtyy premotoriselle ja lisämotoriselle aivokuorelle, joiden kautta viesti siirtyy premotoriselle aivokuorelle ja liiketoiminto käynnistetään (Kalat JW 2014, 237).

Premotoriselta aivokuorelta (M1) hermoimpulssit etenevät aivorungon tumakkeisiin, muun muassa basaaliganglioihin, jotka säätelevät liiketoimintoja (Kalat JW 2014, 237). Tämän jälkeen hermoimpulssit jatkavat matkaa ydinjatkeeseen, jossa suurin osa noin 75-90% motorisesta alueesta saapuvista radoista risteää kehon vastakkaiselle puolelle ja etenee selkäytimeen. Selkäytimessä nämä lateraaliset kortikospinaaliradat vastaavat raajojen selektiiviliikkeistä ja etenkin käden hienomotoriikkaan liittyvistä tehtävistä. Loput radat eli mediaaliset kortikospinaaliradat, noin 5-15%, osallistuvat vartalon yläosan ja kaulan alueen liiketoimintoihin ipsilateraalisesti eli kehon sillä puolella, josta ne motoriselta alueelta ovat lähteneet. (Jang SH. 2014.) 

3 Vamman tai sairauden vaikutus liikkeisiin

Liikkumisen ja liikkeiden säätelyn kannalta merkittävää on, missä keskushermoston alueella vaurio sijaitsee. Mikäli se sijaitsee motorisella aivokuorella, esimerkiksi aivoverenkiertohäiriö tai -vuoto, voi se aiheuttaa ongelmia liikesarjan optimaalisessa tuottamisessa tai tarkkuudessa. Sensorisen alueen vaurioissa tuntopuutokset ovat yleisiä ja niiden ongelmat vaikeuttavat kehon hahmottamista suhteessa ympäristöön, mutta myös raajojen hallittujen liikkeiden toteuttamiseen puuttuvan palautteen vuoksi. Vauriot alemmissa rakenteissa, kuten aivorungossa, voivat olla seurausta dopamiinin puutteesta ja aiheuttaa parkinsonin tautia. Parkinsonin tauti on yleinen liiketoimintoja vaikeuttava sairaus, jonka seurauksena potilaalla voi olla vapinaa, lihasjäykkyyttä, liikkeiden hitautta ja vaikeuksia tahdonalaisten liikkeiden suorittamisessa. Harvinaisempia tyvitumakkeiden toiminnan heikkoudesta johtuvia sairauksia ovat Huntingtonin tauti, jossa potilaalla on jatkuvia tahattomia lihasliikkeitä, ja Touretten syndrooma, jossa potilaalla myös useita ei-toivottuja liikkeitä. (Paavilainen 2016, 259.)

Pikkuaivot ylläpitävät kehon tasapainoa ja vaurion pikkuaivojen alueella voi näkyä potilaalla kömpelyytenä ja liikkeet voivat muistuttaa juopuneen ihmisen liikkumista. Toisaalta alkoholi voi vaikuttaa voimakkaasti pikkuaivojen toimintaan ja liikkeissä tämä näkyy hapuilevina liikesuorituksina. Hapuilevat liikesuoritukset ovat tyypillisiä pikkuaivovaurioissa. (Paavilainen 2016, 260-261.)

Lähteet:

Jang SH 2014. The corticospinal tract from the viewpoint of brain rehabilitation. J Rehabil Med 2014: 46: 193–199

Jedina M. 2017. Influence of the body schema on mirror-touch synesthesia. J Cortex 88 (2017) 53-65. 

Kalat, J.W. 2016. Biological psychology. Belmont, CA: Cengage Learning. Twelfth edition. 235-237, 403-407

Paavilainen P. 2016. Toimivat aivot: Kognitiivisen neurotieteen perusteita. Helsinki: Edita

Penttonen M. 2015. Luentotallenteet 1-8.