Geneettiset tekijät määrittävät aivokuoren ja kognitiivisten kykyjen yhteyttä

Helsingin yliopiston neuropsykologian dosentti Eero Vuoksimaan ja yhdysvaltalaisten tutkijoiden tekemässä yli 500 mieskaksosta käsittäneessä tutkimuksessa havaittiin, että suhteellisesti suurempi pinta-ala aivokuoren laji- ja yksilökehityksellisesti enemmän laajentuneilla alueilla oli yhteydessä parempaan kognitiiviseen kyvykkyyteen. Muilla alueilla suhteellisesti suurempi pinta-ala oli yhteydessä heikompaan kognitiiviseen kyvykkyyteen.

Aivorakenteiden ja yleisen kognitiivisen kyvykkyyden välistä yhteyttä ihmisillä on tutkittu pitkään. Aivokuoren koon lisäksi tutkijoita on kiinnostanut se, vaikuttavatko jotkin erityiset aivokuoren alueet kognitiiviseen kyvykkyyteen.

Aivokuoren pinta-alan kasvu ei ole yhdenmukaista: sekä lajikehityksellisesti että yksilön kehityksessä eniten laajentuvat alueet sijaitsevat etuotsalohkossa, ohimolohkossa ja päälakilohkon alemmissa osissa. Nämä alueet edustavat aivokuoren assosiaatioalueita, joissa yhdistetään eri aisteilla saatua tietoa. Sen sijaan muiden alueiden kuten näköaivokuoren ja motorisen aivokuoren pinta-alat ovat kasvaneet sekä laji- että yksilönkehityksellisesti suhteellisesti vähemmän.

Neuroimage-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa tarkasteltiin myös aivokuoren paksuutta, jossa ilmenevät erot ovat pinta-alaan verrattuna pieniä niin lajien välillä kuin ihmisillä lapsia ja aikuisia verrattaessa.

Tutkijat havaitsivat, että suhteellisesti ohuempi aivokuori eniten laajentuneilla alueilla oli yhteydessä parempaan kognitiiviseen kyvykkyyteen kun taas suhteellisesti paksumpi aivokuori muilla alueilla, erityisesti motorisella aivokuorella, oli yhteydessä parempaan kognitiiviseen kyvykkyyteen.

– Havaitsemamme tulokset täsmäävät hyvin aivokuoren kehityksestä olemassa olevan tiedon kanssa. Kognitiivisen kyvykkyyden kannalta näyttää siltä, että tärkeää on sekä aivokuoren koon kehitys että se, minkä kokoisiksi eri alueet kehittyvät suhteessa toisiinsa, Vuoksimaa toteaa.

Kaksosaineistolla tehty tutkimus osoitti, että aivokuoren rakenteen ja kognitiivisen kyvykkyyden yhteydet selittyvät suurelta osin niiden taustalla olevilla yhteisillä geneettisillä tekijöillä. Lisäksi havaittiin, että suhteellisesti suurempi pinta-ala kehityksellisesti enemmän laajentuneilla alueilla oli yhteydessä suhteellisesti ohuempaan aivokuoreen näillä alueilla; tämäkin yhteys selittyi yhteisillä geneettisillä tekijöillä.

– On hyvä muistaa, että havaitut yhteydet näkyivät ryhmätasolla eikä yksittäisen ihmisen kognitiivisista kyvyistä voi tehdä johtopäätöksiä pelkän aivokuoren rakenteen tai koon perusteella, Vuoksimaa huomauttaa.

Aivotutkimuksen kannalta tulokset korostavat näkemystä, että tutkittaessa ihmisen aivokuoren rakennetta ja sen yhteyksiä käyttäytymiseen, on tärkeää tarkastella eri ulottuvuuksia eli myös pinta-alaa ja paksuutta eikä pelkästään tilavuutta. Absoluuttisen koon ohella on lisäksi tärkeää tarkastella myös eri aivoalueiden kokoa suhteessa muihin alueisiin.

– Uskon, että tämä lähestymistapa auttaa meitä ymmärtämään paremmin aivokuoren kehitystä ja tuo uutta tietoa tarkasteltaessa psykiatrisia ja neurologisia häiriöitä sekä ikääntymiseen liittyviä kognitiivisia muutoksia, Vuoksimaa sanoo.

Tutkimukseen sisältyi aivojen rakenteellinen magneettikuvaus ja neuropsykologinen testaus, joka kartoitti kielellistä ja matemaattista kyvykkyyttä sekä avaruudellista hahmottamista. Yleinen kognitiivinen kyvykkyys viittaa keskimääräiseen suoriutumiseen kaikissa kognitiivisten toimintojen osa-alueissa. Osallistujat olivat yhdysvaltalaisen Vietnam Era Twin Study of Aging -tutkimukseen osallistuneita 51 – 60 vuotiaita kaksosia.

Artikkeli: Eero Vuoksimaa, Matthew S. Panizzon, Chi-Hua Chen, Mark Fiecas, Lisa T. Eyler, Christine Fennema-Notestine, Donald J. Hagler Jr., Carol E. Franz, Amy J. Jak, Michael J. Lyons, Michael C. Neale, Daniel A. Rinker, Wesley K. Thompson, Ming T. Tsuang, Anders M. Dale, William S. Kremen. ”Is bigger always better? The importance of cortical configuration with respect to cognitive ability”. Neuroimage 29 Jan, 2016