Hermoston toiminta

Ihmisaivot koostuu hermosolujen eli neuroneiden laajaan verkostoon. 

Neuronit välittävät hermoimpulsseja eli hienommin aktiopotentiaaleja. Tämä impulssi kulkee viejähaarakkeessa, eli aksonissa. Aksonit hermottavat erilaisia kohdesoluja:

• Toista hermosolua
• lihassolua
• rauhassolua

Solurungon ympärillä olevat dentriitit, eli tuojahaarakkeet ottavat vastaan toisten hermojen hermoimpulsseja - impulssit tulevat tämän toisen neuronin aksonin ja hermopäätteiden kautta. Viestin välitys tapahtuu synapsissa, jossa lähettävä neuroni ja vastaanottava neuroni ovat yhteydessä toisiinsa. 

Kun neuroni saa riittävästi ärsykkeitä, sen solukalvon yli kulkee sähköinen signaali ja menee välittäjähaarakkeen kautta synapsiin. Synapsissa sähköinen signaali muuttuu kemialliseksi signaaliksi, se muuttuu kemiallisiksi välittäjäaineiksi. Nämä välittäjäaineet siirtyvät seuraavaan kohdesoluun. 

Kun riittävän monta välittäjähaaraketta yhdistyy toisiinsa limittäin, muodostuu kimppumaisia hermosyitä. 

Ääreishermostossa näitä kimppuja kutsutaan hermoiksi

Keskushermostossa näitä kimppuja kutsutaan hermoradoiksi

Synapsit

Synapsit ovat liitoksia, joissa kaksi hermosolua ovat toistensa lähellä ilman fyysistä sidettä. Tämä synapsi rako mahdollistaa hermoimpulssien välittymisen hermosta toiseen ja on koko aivotoiminnan perusta. Jokaisella hermosolulla on keskimäärin 15 000 synapsikytkentää muihin hermosoluihin. Näin hermosolut muodostaa siis isompia verkostoja. 

Impulssin saavuttaessa synapsin, se laukaisee kemiallisen reaktion, joka vapauttaa välittäjä aineet synapsirakoon. Välittäjä aineet sitoutuu vastaanottavan hermosolun reseptereihin ja laukaisee uuden hermoimpulssin. Tätä tapahtuu jatkuvasti aivoissa, kun hermosolut kommunikoivat toistensa kanssa. 

Synapsien toiminta on keskeistä. Kun ihminen oppii uutta, synapsit voivat muuttua vahvemmiksi tai ne heikkenee. Tämä vaikuttaa suoraan siihen, miten tieto tallentuu aivoihin. Muistiin painamisessa tapahtuu pitkäaikaisia synapsi muutoksia. 

Synapseilla käyttöaste on kaikki kaikessa. Yksittäisen synapsin merkitys riippuu suoraan sen käyttöasteesta. Mitä aktiivisempi on synapsin käyttö, niin luonnollisesti sitä merkittävämpi on sen asema. 

Kaikki koettu, tekeminen ja oppiminen perustuu lopulta synaptisten yhteyksien toimintaan ja niiden muokkaantumiseen. 

Miksei vaan sähköinen impulssi kulje katkeamatta? Kemiallinen synapsi antaa hermostolle ominaisuuksia, joita pelkkä sähköinen yhteys ei tarjoa yhtä hyvin: suunnan, vahvistamisen, estämisen, muokkaamisen ja valtavan määrän erilaisia tapoja käsitellä informaatiota. Pereda, A. E. (2014). Electrical synapses and their functional interactions with chemical synapses. Nature Reviews Neuroscience, 15, 250–263

Impulssin johtuminen

Impulssia kuljettaa hermosolun solukalvo. Hermosolun ollessa lepotilassa sen solukalvolla on lepojännite. Lepojännite on solukalvon sisä- ja ulkopuolella olevien jännite-ero. Tämä jännite-ero on siis solukalvon välillä.

Solukalvon sisäpuolella on negatiivinen varaus ja ulkopuolella positiivinen varaus.

Hermosolun solukalvon sisäpuolella on solukalvon läpäisemättömiä negatiivisesti varautuneita anioneja, jotka näin pitävät solun sisäpuolen negatiivisesti varautuneena - ellei solukalvon läpi tuoda positiivisia ioneja ja vaikuteta näin varaustasoon. 

Solukalvon jännite-ero syntyy erilaisten ionien kuten Na+ eli natriumionion ja Ka+ eli kaliumionien erilaisista pitoisuuksista solun sisällä ja ulkopuolella. 

Lepojännitteessä hermosolun sisäinen kalium-ionien määrä on suurempi suhteessa natrium-ionien määrään.

Tärkeimmät hermoimpulssia säätelevät kanavat ovat natrium-, kalium-, ja kloridi kanavat. Sekä on myös natrium ja kalium pumppu, joka pumppaa natriumia ulos solusta ja kaliumia solun sisään - ionipitoisuudet pidetään tasapainossa. Tällä pumppujärjestelmällä pidetään yllä hermosolun lepojännitettä. 

Lepojännite onkin hyvin oleellinen osa impulssin muodostumista - hermoimpulssin muodostumiseen tarvitaan siis muutos lepojännitteessä. Lepojännite muuttuu, kun hermosolu saa riittävästi ärsykkeitä, jotka ylittävät sen kynnysarvon. 

Kynnysarvon saavuttaminen vaatii useita kiihdyttäviä signaaleja, koska kuten jo todetiin on yhdellä hermosolulla 15000 synapsikytkentää, saa se tällöin paljon kiihdyttäviä sekä estäviä signaaleja yhtäaikaa. Eli hermosolun aktiivisuuden määrää lopulta kiihdyttävien ja estävien synapsien summa. 

Kun kiihdyttävää ärsykettä tulee tarpeeksi, solukalvon ionikanavat aukeavat ja ionien määrä muuttuu niin, että sisälle virtaa enemmän positiivisesti varautuneita ioneja, kuten Na+. Solusta virtaa samalla ulos kaliumia. Tästä syntyy depolarisaatio eli positiivisen jännitteen syntyminen solun sisällä -> hermoimpulssi. 

Aktiopotentiaalin eli hermoimpulssin jälkeen solun jännite muuttuu nopeasti takaisin lepojännitteeseen.

Hermoimpulssien kiihdytys ja jarrutus

Hermosolujen toiminta ja viestintä ei ole mitenkään suoraviivaista - vaan niitä säädellään monien kiihdyttävien ja hillitsevien mekanismien avulla. 

Hermosolun lukuisat synapsit voivatkin olla kiihdyttäviä tai estäviä - molempia tarvitaan, jotta hermoston toiminta olisi tasapainoista. Näistä siis ajatus "kaasusta ja jarrusta". 

Hermosolujen toiminnan perusperiaate liittyy voimistaviin, eksitaatioon ja heikentäviin, inhibitioon. Voimistuminen tarkoittaa hermosolun solukalvon jännitteen nousua, eli siirtymistä lähemmäs kohti aktivaatiokynnystä. Ja luonnollisesti inhibitio vähentää jännitettä ja laskee todennäköisyyttä aktivaatiokynnyksen saavuttamiselle ja aktiopotentiaalin syntymiselle = hermoimpulssin syntymiselle. Eli tuottaako hermo viestiä/käskyä eteenpäin, riippuu aivan siitä, mikä on voimistavien ja estävien erilaisten viestien summa. Tämä onkin tarkoin säädelty rytmiikka ja on keskeistä hermoston toiminnassa ja toimintakyvyn ylläpitämisessä. 

"Wind up" - herkemmin reagoiva hermo

Wind up on termi tilalle, jossa hermosolujen väliset yhteydet voimistuvat ja hermosolut alkavat reagoida koko ajan herkemmin toistuviin ärsykkeisiin. Tämä tapahtuu silloin, kun hermosolut aktivoituvat toistuvasti ja aktivaatio on voimakasta - näiden hermojen toiminta kiihtyy. Yksinkertaistetusti wind-up on hermosolujen ylikorostunut ärsykevaste. 

Hermostollinen wind-up liitetäänkin usein kiputiloihin, joissa nosiseptioita välittävätä tuntohermot aktivoituvat voimakkaasti. Nosiseptio on hermoston prosessi, jossa mahdollisesti kudosvauriota aiheuttava ärsyke havaitaan, välitetään ja käsitellään hermostossa. Eli ts. nosiseptio on todellisen vaurion tai sen uhan signaali. Hermostollinen wind-up ilmenee siis poikkeuksellisen voimakkaana kipureaktiona tai sen herkkyytenä. 

Välittäjäaineet

Ovat kemiallisia yhdisteitä, jotka vaikuttavat kuten todettua synapsiraossa ja välittävät neuronien sähkösignaaleja. Niiden rooli onkin voimistaa, estää tai mukauttaa signaaleja. 

Välittäjäaineet jaetaankin kahteen ryhmään: estäviin ja kiihdyttäviin - yllätyyyys! Kiihdyttävät siis lisää neuronin aktiivisuutta ja herkkyyttä. Estävät luonnollisesti vähentää. Tämä vuorovaikutus mahdollistaa neuronien kommunikaation. 

Tämän lisäksi on jako neljään päätyyppiin:

• Aminohappo välittäjäainet
• Amiini-välittäjäaineet
• Peptidi-välittäjäaineet
• Asetyylikoliini - tästä erillinen maininta, että on tärkeä lihasten aktivaatiossa ääreishermostossa

Hermotukisolut - Gliasolut

Eivät ole varsinaisesti hermosoluja, eikä ne osallistu suoraan hermoimpulssien välitykseen. Niiden rooli on tukea, suojata ja ylläpitää hermosolujen tasapainoista toimintaa. Esimerkiksi aivoissa tukisoluja on 10 kertaa enemmän. 

Osa tukisoluista antaa enemmän fyysistä tukea ja osa metabolista tai immunologista tukea. Ne putsaavat vaurioituneita soluja, stimuloivat uudelleen rakentamista ja purkavat ylimääräisiä synapseja. Tietyillä tukisolutyypeillä on myös osansa tulehdusvälittäjäaineina. Tietty tukisolutyyppi muodostaa hermonympärille eristävän kerroksen, myeliinin. Eli aksonin, välittäjähaaran ympärillä oleva myoliinituppi. Tämä myeliini eristys nopeuttaa impulssin välittymistä. 

Ennemmin käsiteltiin synapsirako, jossa vaikutti vain tuova ja vastaanottavan neuronin hermopäätteet. Mutta on olemassa myös ns. kolmikantainen synapsirako, jossa tukisolu on vaikuttamassa synapsiraossa. Tukisolu voi siis vaikuttaa hermosta toiseen välittyvään viestiin. Ne voi imeä välittäjäaineita pois ja/tai luovuttaa omia ja näin vaikuttaa impulssin kulkuun ja voimakkuuteen. Tällä pystytään paremmin selittämään monimutkaista toimintaa ja hermoston mukautumiskykyä. 

Neuroplastisuus

Plastisuus on ominaisuus, joka kuvaa kykyä muovautua tai muovata jotain pysyvään muotoon. Aivojen ja hermoston näkökulmasta tämä tarkoittaa kykyä mukautua uusien ärsykkeiden ja kokemusten seurauksena sekä soputumista ympäristön ja kehon vaatimuksiin. Tällä on aivan keskeinen rooli muistissa ja oppimisessa. 

Kun opimme uuden taidon tai omaksumme uutta tietoa, aivojen alueet voivat muuttaa toimintatapojaan ja vahvistaa niitä alueita, joita tarvitaan ko. taidon suorittamiseen. 

Oppiminen ja muisti perustuu synapsiyhteyksiin ja näiden yhteyksien vahvistamiseen tai heikentämiseen. Kun opitaan uutta tai toistetaan samoja toimintoja, muodostuu aivoissa uusia synapsiyhteyksiä tai olemassa olevien vahvistamista. Toistojen myötä tieto tallentuu pitkäaikaiseen muistiin. 

• Potentiaatio = yhteyksiä vahvistava neuroplastisuus
• depressio = yhteyksiä heikentävä
• Positiivinen neuroplastisuus = ominaisuuksia ja toimintakykyä kehittävä
• Negatiivinen neuroplastisuus = ominaisuuksia ja toimintakykyjä heikentävä

Kehitysplastisuus - lapsuudessa ja nuoruudessa voimakkainta

Aikuisuuden plastisuus - aivot voivat muuttua ja sopeutua myös aikuisiässä, vaikka se on heikompaa kuin nuoruudessa. 

Rakenteellinen plastisuus ja neurogeneesi

Rakenteellinen plastisuus viittaa nimensäkin mukaan johonkin fyysiseen muutokseen. Tämä tapahtuu hermosolujen ja niiden synapsien tasolla. Tämä voi ilmetä dendriittihaarojen, eli tuojahaarakkeiden ja myeliinivaipan, eli sen viejähaarakkeen eristevaipan kasvuna. 

Neurogeneesi on uusien hermosolujen syntymistä. Tämä syntyminen tapahtuu aivoissa. Fyysinenharjoitus ja paljon stimuloiva ympäristö on osoittautuneet neurogeneesiä edistäviksi tekijöiksi. Pitkäaikainen stressi taas voi estää sen.

Lähdeviite

Koivisto, E & Luomajoki, H. 2026. Käytännön neurotiede 2.0 tuki- ja liikuntaelin terapiassa. VK-Kustannus.