Meie ajus on väike valvas kõrv, mille ülesanne on pidevalt jälgida meid ümbritsevat helitausta. Kõrva väsimine võib märku anda algusjärgus ajuhaigusest, näiteks Alzheimeri tõvest. Selle ajumehhanismi avastanud soome neuroteadlane Risto Näätänen töötab juba viiendat aastat Eestis. Temaga rääkis teadusajakirjanik Arko Olesk.
Kui Tartu Ülikooli doktorandid lähevad tippteadusest kõnelevale loengukursusele, näevad nad enda ees seismas kognitiivse neuroteaduse professori Risto Kalervo Näätäneni pikka kõhna kogu. «Peab olema püsivust ning tahtejõudu mõlemas suunas: nii töötegemiseks kui ka sellest lahtirebimiseks, kui keha vajab kosutust,» jagab Näätänen neile oma pisut aeglases kõnemaneeris õpetussõnu. «Räägin seda vägagi omaenda kogemuse põhjal,» selgitab ta ajakirjanikule.
Näätänen ei ole seda kursust lugema valitud juhuslikult. Kui sukelduda saientomeetriasse, teadlase tööd karmide arvudega mõõtvasse maailma, leiab Risto Näätäneni nime Eesti aadressiga teadlaste tabeli kõige tipmisest osast. Ka oma valdkonnas, psühholoogias ja neuroteadustes, kuulub ta tõeliste tippude, ühe protsendi kõige enam tsiteeritud teadlaste hulka. Teised teadlased on tema artiklitele viidanud rohkem kui 16 000 korda.
Tippu lennutas Näätäneni avastus, mille ta tegi rohkem kui 35 aasta eest ja mille uurimisele on ta sestsaadik pühendunud. Eesti keeles pisut kohmakalt kõlava nimetusega mittekokkulangemise negatiivsus (inglise keeles mismatch negativity) on ajus kuulmisinfot töötlev mehhanism, mille kasutusvõimalused on osutunud üllatavalt mitmekesiseks: alates keeletaju uurimisest kuni haigusnähtude avastamiseni.
Mittekokkulangemise negatiivsus on aju automaatne mehhanism, mis avastab muutusi kuuldavates helides. «Aju teeb kogu aeg kuuldavast mudeleid, iga järgnevat heli võrreldakse automaatselt selle mudeliga ja kui midagi muutub, antakse omamoodi häire,» selgitab Näätänen.
Kahes värskes ülevaateartiklis loetlevad Näätänen ja tema kaasautorid, kuidas mittekokkulangemise negatiivsust (edaspidi MN) saab edukalt kasutada ajuga seotud haiguste ja seisundite hindamiseks. Nimistus, mille teadlased esitavad, on teiste seas Alzheimeri tõbi ja teised aju purevad haigused, krooniline alkoholism, skisofreenia, autism ja vananemine. Esimene artikkel ilmus eelmise aasta lõpus ajakirjas Brain, teine ajakirja Clinical Neurophysiology märtsikuu numbris.
«Kõigil peamistel neuropsühhiaatrilistel ja neuroloogilistel häiretel, mil on küll erinevad põhjused ja sümptomid, näib olevat keskne ühisosa,» kirjutavad Näätänan ja kolleegid esimese artikli sissejuhatuses, «see on kognitiivne kahjustus.»
Teisiti öeldes tähendab see, et meie tajud, tähelepanu, mälu ja mõtlemisvõime ei toimi enam endisel tasemel ja kuulmisinfo töötlemine on üks koht, kust see välja paistab. «Kõige köitvam perspektiiv on see, et saame MNi kasutada kognitiivse võimekuse languse indeksina, sõltumata häire spetsiifilisest loomusest,» selgitab Näätänen. «Kui MN on vähenenud, viitab see, et ka kognitiivne võimekus on samavõrra kahanenud.»
«Näiteks ainuüksi skisofreenia kohta on ilmunud vähemalt 200 [MNi kasutavat] artiklit, millest suurem osa näitab seda kognitiivset langust,» sõnab Näätänen. «Kuid need näitavad ka paranemist teatud ravimite korral, seega saab nii hinnata ka ravikuuri edukust.»
MNi languses väljenduvad märgid kognitiivse võimekuse vähenemisest aitaksid varakult jaole saada ka näiteks Alzheimeri tõvele, mõistust röövivale haigusele, mis arenenud ühiskondades elanikkonna vananemisega aina sagedasemaks muutub.
«Loodame Helsingist saada grandi Alzheimeri tõve väga varaste märkide uurimiseks,» sõnab Näätänen, kelle sõnul jaotuks taotluse edu korral uurimistöö Helsingi ja Tartu vahel. «Need [märgid ajutegevuses] ilmuvad palju varem kui näiteks muutused käitumises. Kui saame info haiguse olemasolu kohta piisavalt vara, saab alustada raviga ja ära hoida palju kahju.»
Peamine ongi, et MN pakub seni ehk ainsat objektiivset mõõdupuud, mille alusel muutusi või seisundeid avastada ja hinnata. Ning võlu lisab selle mõõtmise kergus. MN paistab välja tavaliselt elektroentsefalogrammilt ehk EEG-lt. Pea külge kinnitatud elektroodid mõõdavad aju elektrilist aktiivsust, ei ole vaja teisi kalleid ja keerulisi seadmeid. Kuna protseduur mõõdab aju automaatseid protsesse, siis ei pea katsealune või patsient ise midagi tegema. Seetõttu saab uurida isegi imikuid või koomas olevaid inimesi.
«Katsealuse jaoks on see väga lihtne, isegi meeldiv,» tutvustab Näätänen. «Tavaliselt ta kas loeb või vaatab videot ning stiimul jõuab temani kõrvaklappide kaudu.» See stiimul on näiteks nootide või häälikute jada, kus ühesuguste vahele torgatakse ka mõni teistsugune.
Muutuse täheldamine väljendub võnkes kindla ajuosa elektripotentsiaalis (sealt tuleb terminisse «negatiivsus») ja see toimib signaalina, mis toob muutuse teadvusse.
«Kõigepealt on see eelteadvuslik ja siis tuleb pinnale,» jätkab Näätänen. «Aju saadab signaali kuulmiskeskusest aju eesossa, kus asuvad tähelepanu suunamist kontrollivad mehhanismid. Kui aktiveeritakse need aju eesosa alad, saame muutusest teadlikuks ning võime uurida, mis muutuse põhjustas ja kas see võiks olla ohtlik või oluline.» Nõrgenenud reaktsioon muutusele annabki märku, et ajus võib midagi korrast ära olla.
Samalaadsed ajumehhanismid on olemas ka teistel loomadel ja lindudel. Võib eeldada, et evolutsiooniliselt on sel sügavad juured, sest automaatne valvesüsteem on looduses ellujäämisel tähtis. Uus heli võib ju anda märku näiteks röövlooma ligihiilimisest. «Bioloogiliselt on oluline, et oleksime muutusest teadlik niipea kui võimalik,» tõdeb teadlane.
Nähtuse avastamiseni jõudis Näätänen tänu eksperimentidele valikulise tähelepanuga. «Sain idee kõrvalproduktina, kirjutades ülevaateartiklit valikulisest tähelepanust. Hakkasin mõtlema, et võib-olla tuleb muutuse täheldamine altpoolt,» meenutab ta.
«Taipasin, et pean [aju elektrifüsioloogiast] otsima kindlat kurvi, mis seda näitab. Kuna see on väike, ei ole seda silmaga näha, see ilmneb, kui arvutiga leida paljude stiimulite järgsete perioodide keskmine. See on EEGs peidus, aga kui on olemas hüpotees, on võimalik see üles leida.»
Rahvusvahelistes teadusajakirjades on nüüdseks avaldatud juba rohkem kui tuhat MNi kasutavat tööd, mis vaatlevad arvukalt valdkondi alates laste kõnehäiretest kuni aju tööni eri stiile harrastavate muusikute puhul. Üheks tähtsaks valdkonnaks hindab Näätänen koomas lebavate patsientide seisundi hindamist. «Väliselt võivad nad näida puuhalgudena, ent kui me näeme ajus MNi, tähendab see, et nad on paranemas,» ütleb ta.
Vahelepõikena – kui MNi abil saab mõõta aju kognitiivse võimekuse vähenemist, kas siis ehk näeb selle abil ka vaimset edukust ehk intelligentsust? «Mõned inimesed on välja töötanud ka objektiivseid MN-teste, millega mõõta intelligentsust tervikuna. Teatava eduga, sest kõrgema intelligentsusega inimestel on tavaliselt tugevam MN,» räägib Näätänen. «Kuid mina olen rohkem huvitatud kliinilisest aspektist.»
Tartu Ülikoolis uurib Näätänen koos Kairi Kreegipuuga seda, kas MN, mida seni on uuritud peamiselt kuulmist puudutava nähtusena, toimib samamoodi ka nägemise puhul. «Veel hiljuti arvati, et visuaalset MNi ei ole olemas. Nüüd näeme selgelt, et reaktsioon on väga sarnane kuulmisvastusega.»
Risto Näätäneni lähedasem koostöö Tartu Ülikooliga sai alguse aga kuulsa artikliga, mis ilmus 1997. aastal ajakirjas Nature. MNi abil näitasid Näätänen, Tartu Ülikooli professor Jüri Allik ja teised teadlased, et eestlase ajus on õ-tähele iseloomulik mälupesa, mida soomlastel ei ole.
Kümme aastat hiljem kutsus Allik Näätäneni Tartusse professoriks. «Soomes on seadus, et kui saad 68, pead [professoriametist] lahkuma,» märgib Soome Akadeemia endine professor Näätänen mõru muigega. «Langesin ealise diskrimineerimise ohvriks.»
Uurimistööga jätkab Näätänen nii Helsingis, Tartus kui Taanis, Aarhusi ülikoolis. Eestist on talle oma sõnul saanud kui teine kodu ning ta hindab kõrgelt siinset teadust. Eestit ja Soomet ühendavad tema sõnul väikese riigi tüüpilised mured: napp teadusrahastus, tipptegijate jäämine välismaale ja vähe konkurentsivõimelisi ametikohti noortele doktorikraadiga teadlastele.
Soome olukorda on viimasel ajal halvendanud aga teadusrahastuse vähenemine ning uus ülikoolisüsteem, mis tema sõnul ei sea professorite valimisel esikohale kvaliteeti. «Oma teadusrahastuse piires mängib Eesti paremat mängu kui Soome,» on ta veendunud.
Valvur ajus
Mittekokkulangemise negatiivsus
• Mittekokkulangemise negatiivsus (inglise k mismatch negativity) on aju automaatne mehhanism, mis avastab muutusi kuuldavates helides.
• Mehhanismi esilekutsuja võib olla eristuv heli (näiteks tähejadas: s s s s s s s d s s s s d s s s), kuid ka näiteks erinevus heli kõrguses, tugevuses või kestuses.
• Mehhanismi tugevuse alusel on võimalik hinnata inimese kognitiivset võimekust. Nõrgenemine võib märku anda haigusest ning pakkuda objektiivse mõõdupuu, mille alusel seisundi halvenemist või paranemist hinnata.
• Mehhanismi avastas Soome aju-uurija Risto Näätänen 1970. aastate lõpus.