Aivot ovat kuin suurkaupungin tieverkosto, osa II

Ensimmäisessä osassa vertasimme aivoverkostoa suurkaupungin tieverkostoon. Mutta pelkkä tieto siitä, missä kaupungit, tiet ja tärkeimmät solmukohdat sijaitsevat, ei vielä kerro, kuinka hyvin koko järjestelmä toimii.

Sama pätee aivoihin.

Yksittäisistä yhteyksistä koko verkostoon

Aivoverkoston toimintaa voidaan tarkastella yksittäisten aivoalueiden ja niiden välisten yhteyksien lisäksi myös kokonaisuutena.

Tätä varten aivoverkosto voidaan kuvata matemaattisena graafina: aivoalueet muodostavat verkoston solmut ja niiden väliset toiminnalliset yhteydet solmujen väliset yhteydet. Graafiteorian avulla voidaan tämän jälkeen laskea mittareita, jotka kuvaavat koko verkoston rakennetta ja järjestäytymistä.

Tieverkostossa vastaavia kysymyksiä olisivat esimerkiksi:

• Onko kaupunki jakautunut selkeästi erilaisiin ja omiin tehtäviinsä erikoistuneisiin alueisiin?
• Kuinka helposti kaupungin yhdeltä laidalta pääsee toiselle?
• Onko liikenne riippuvainen muutamasta kriittisestä risteyksestä vai löytyykö vaihtoehtoisia reittejä?
• Mitä tapahtuu koko verkostolle, jos osa yhteyksistä häiriintyy?

Aivoissa voidaan tarkastella hyvin samankaltaisia ominaisuuksia.

Hyvin toimiva verkosto tarvitsee tasapainoa

Koko aivoverkoston toimintaa kuvaavat mittarit voidaan jakaa kolmeen keskeiseen näkökulmaan:

1. Erikoistuminen (segregaatio)
2. Tehokkuus (integraatio)
3. Resilienssi (aivoreservi)

Erikoistuminen kertoo siitä, kuinka selkeästi verkoston eri osat muodostavat omiin tehtäviinsä erikoistuneita kokonaisuuksia.

Tehokkuus puolestaan kuvaa sitä, kuinka hyvin tieto pystyy liikkumaan ja yhdistymään verkoston eri osien välillä.

Resilienssissä tarkastellaan verkoston häiriönsietokykyä: kuinka hyvin tiedonkulku ja verkoston toiminta voivat säilyä, vaikka osa yhteyksistä heikkenisi tai häiriintyisi.

Oleellista ei siis välttämättä ole maksimoida mitään yksittäistä ominaisuutta. Aivot tarvitsevat sekä paikallista erikoistumista että koko verkoston välistä yhteistyötä – ja samalla riittävästi joustavuutta selvitäkseen muutoksista ja häiriöistä.

Sama pätee suurkaupunkiin. Jos kaikki liikenne kulkisi yhden keskustan kautta, järjestelmä voisi olla tehokas niin kauan kuin kaikki toimii. Yhden keskeisen reitin häiriintyminen voisi kuitenkin lamauttaa suuren osan liikenteestä. Toisaalta täysin erillisiksi alueiksi jakautunut kaupunki ei sekään toimisi, jos yhteydet alueiden välillä olisivat heikot.

Sama lopputulos voi syntyä eri tavalla

Tämä tekee verkostotason tarkastelusta erityisen kiinnostavaa.

Kaksi ihmistä voi suoriutua arjessa yhtä hyvin, vaikka heidän aivoverkostonsa olisivat järjestäytyneet eri tavoin. Toisen verkosto voi nojata vahvemmin paikalliseen erikoistumiseen, kun taas toisella eri alueiden välinen integraatio voi olla korostuneempaa.

Myös verkoston mahdolliset haavoittuvuudet voivat jäädä arjessa näkymättömiksi, jos muut verkoston osat pystyvät kompensoimaan niitä.

Siksi yksittäinen poikkeava mittaustulos ei vielä yksin kerro, että jokin olisi pielessä. Olennaisempaa on tarkastella kokonaisuutta ja sitä, liittyvätkö mitatut ominaisuudet ihmisen kokemukseen ja toimintakykyyn.

Milloin poikkeama on merkityksellinen?

Aivoverkoston mittareita voidaan verrata normatiiviseen viiteaineistoon. Näin voidaan tarkastella, miten yksilön tulokset sijoittuvat suhteessa vertailuryhmään ja tunnistaa mahdollisia poikkeamia, vahvuuksia ja haavoittuvuuksia.

Normaalista poikkeava arvo ei kuitenkaan automaattisesti tarkoita ongelmaa.

Samalla tavalla kuin poikkeuksellisen tiheä tieverkosto voi yhdessä kaupungissa olla suuri vahvuus ja toisessa johtaa ruuhkiin ja tehottomuuteen, myös aivoissa yksittäisen verkosto-ominaisuuden merkitys riippuu kokonaisuudesta.

Siksi kiinnostava kysymys ei ole pelkästään:

“Onko mittari normaalialueella?”

vaan myös:

“Mitä tämä tarkoittaa juuri tämän ihmisen kokonaisuuden ja toimintakyvyn kannalta?”

Aivoverkosto voi myös muuttua

Aivoverkoston toiminta ei ole täysin muuttumaton ominaisuus.

Jos mittauksia tehdään uudelleen sopivin väliajoin, voidaan seurata, miten verkoston toiminta muuttuu ajan myötä. Näin voidaan esimerkiksi tarkastella, voimistuuko tai lievittyykö jokin aiemmin havaittu poikkeama ja mihin suuntaan verkoston kokonaisuus näyttää kehittyvän.

Yksittäinen mittaus on siis kuin valokuva kaupungin liikenteestä tietyllä hetkellä. Toistuvat mittaukset voivat puolestaan muodostaa sarjan kuvia, joiden avulla muutoksen suunta alkaa hahmottua.

Kolme näkökulmaa samaan verkostoon

Kun erikoistumista, tehokkuutta ja resilienssiä tarkastellaan yhdessä, saadaan paljon enemmän tietoa kuin yhdestä verkostomittarista erikseen.

Ne auttavat ymmärtämään, miten aivot tasapainoilevat paikallisen erikoistumisen, eri alueiden välisen tiedonkulun ja koko verkoston häiriönsietokyvyn välillä.

Seuraavassa osassa sukellamme näistä ensimmäiseen: Miksi hyvin toimivat aivot tarvitsevat erikoistumista – ja voiko sitä olla myös liikaa?

Haluatko nähdä, miten sinun aivosi toimivat? Tutustu Profiloon.