Aivotutkimuksen avulla tutkitaan kielellistä käsittelyä

Puheen ymmärtäminen ja lukeminen ovat erilaisia kielellisiä tehtäviä. On kuitenkin arveltu, että luettujen sanojen käsittely aivoissa saattaisi hyödyntää yhteisiä, alun perin puheen käsittelyyn kehittyneitä aivomekanismeja. Tutkija Johanna Vartiaisen tuore väitöstutkimus osoittaa että oletus pitää paikkansa. Eri aivokuvantamismenetelmien vertailu osoitti lisäksi että ne tuottavat erilaista, toisiaan täydentävää tietoa aivojen tietojenkäsittelyprosesseista.

Johanna Vartiainen on tutkinut lukemisen ja puheen havaitsemisen aivomekanismeja Aalto-yliopiston Kylmälaboratorion aivotutkimusyksikössä. Tutkimus osoitti, että puheen havaitseminen ja sanojen lukeminen aktivoivat ensin erillisiä kuulo- ja näköaivokuoren alueita, mutta tämän jälkeen kuultuja ja luettuja sanoja käsitellään vasemman ohimolohkon samoilla alueilla noin neljäsosasekunti sanan alkamisen jälkeen. Tulokset viittaavat siihen, että aivoissa sanojen merkityksille on yhteinen edustus, jota käytetään sekä puheen havaitsemisessa että lukemisessa.

Näitä tuloksia vahvisti toinen koeasetelma, jossa tutkittiin suomenkielelle ominaisten sanojen taivutusmuotojen käsittelyä. Myös sanojen taivutusmuodot voimistivat tämän saman aivoalueen aktivaatiota suhteessa perusmuodossa oleviin kirjoitettuihin sanoihin.

Väitöstyön tutkimuksissa selvisi myös, että näkökentän oikeassa reunassa oleva sana vaikutti siihen, miten aivot käsittelivät seuraavaa näkökentän keskellä näkyvää sanaa. Tämän ilmiön taustalla olevat aivomekanismit todennäköisesti helpottavat jatkuvan tekstin lukemista.

"Nämä tulokset tukevat aiempia reaktioaikatutkimuksia, joissa on todettu, että on helpompi tunnistaa sanoja silloin, kun ne on nähnyt jo etukäteen edellistä sanaa lukiessaan näkökentän oikeassa reunassa", tutkija Johanna Vartiainen toteaa.

Väitöstyössä tutkittiin kielen käsittelyä aivoissa erilaisilla toiminnallisilla aivokuvantamismenetelmillä: aivomagneettikäyrällä (magnetoenkefalografia, MEG), toiminnallisella magneettikuvauksella (fMRI) ja aivosähkökäyrällä (EEG). Siinä missä MEG ja EEG mittaavat hermosolujen sähköistä toimintaa, fMRI mittaa verenkierron muutoksia aivoissa.

Tutkimuksessa käytettiin myös uusimpia menetelmiä, joiden avulla voidaan mitata sekä fMRI- että EEG-signaalia samanaikaisesti. Lisäksi tutkija Johanna Vartiainen vertasi eri kuvantamismenetelmien tuottamaa tietoa: "Tarkoituksena oli verrata MEG:n ja fMRI:n tuottamia tuloksia. EEG:ta käytettiin kokeessa varmistamaan että kokeiden suoritus oli verrattavissa toisiinsa mittausmenetelmästä huolimatta. Koska EEG:n mittaama sähköinen aktivaatio oli kummassakin asetelmassa sama, tulokset eivät voi selittyä sillä, että koehenkilö olisi tehnyt jotain eri tavalla."

Vertailu osoitti, että eri menetelmät tuottavat erilaisia tuloksia ja erilaisia tulosten tulkintamahdollisuuksia. "MEG:n ja fMRI:n mittauksissa oli nähtävissä samanlaiset näköaivokuoren vasteet, mitä voisi kuvitellakin. Mutta havaitsimme eri menetelmillä myös monilla alueilla jopa vastakkaisia aktivaatioita. Erot voivat johtua siitä, että fMRI mittaa hitaita verenvirtausmuutoksia ja integroi aktivaatiot pidemmältä aikaväliltä, mikä voisi heijastaa enemmän ylhäältä alas eli top-down -säätelymekanismejä, kun taas MEG heijastaisi enemmän alhaalta ylös eli bottom-up -käsittelyä ja automaattista aktivaatiota."

Tulos on kiinnostava, sillä fMRI:tä eli veren virtaukseen perustuvia menetelmiä käytetään erittäin laajasti aivoaktivaation mittarina, vaikka verenkierron ja sähköisen toiminnan suhdetta ei toistaiseksi tunneta hyvin. Tutkimus osoittaa, että nämä aivotoiminnan mittarit eivät kaikissa tilanteissa kulje käsi kädessä. Parhaassa tapauksessa erilaisilla menetelmillä saadaan toisiaan täydentävää tietoa, jota voidaan tulevaisuudessa yhdistää ja näin saada kattavampi kuva aivojen toiminnasta.

(YLE tiede, Aalto-yliopiston Kylmälaboratorio)