Muistijälkien lujittumiseen tarvitaan kaikkia univaiheita nukahtamisesta aamuyön viimeisiin unikuviin. Kuva:  Wikimedia Commons/Mark J. Sebastian
Muistijälkien lujittumiseen tarvitaan kaikkia univaiheita nukahtamisesta aamuyön viimeisiin unikuviin. Kuva: Wikimedia Commons/Mark J. Sebastian

Uudet asiat painuvat parhaiten mieleen, kun päivän kokemusten päälle nukutaan kunnon yö.

Oletko sinä kokenut oppimisen ihmeen? Harjoittelit jotakin uutta liikesarjaa tai valmistauduit vaikeaan tenttiin, eikä mikään ottanut onnistuakseen. Takeltelit kerran toisensa jälkeen. Lopulta päätit, että olkoon tältä kerralta, jätit homman sikseen ja painuit nukkumaan. Seuraavana päivänä, kun taas tartuit asiaan, kaikki sujui yllättäen kuin tanssi.

– Ihmiset, jotka kertovat tällaisista kokemuksista, eivät satuile. Unen aikana aivoissa tapahtuu paljon, sanoo Harvardin yliopiston psykiatrian professori Robert Stickgold. Hän on yksi unen ja muistin kytköksiä jahtaavista tutkijoista, jotka kertoivat uusimmista löydöistään Yhdysvaltain tiedeviikolla Bostonissa helmikuussa.

Tulokset paranevat hulppeasti

Stickgold on teettänyt koehenkilöillään erilaisia visuaalisia hahmotustehtäviä ja näppäryyttä vaativia sormiharjoituksia ja havainnut, että kunnon yöunen jälkeen kokelaat saavat tehtävistään jopa 20 prosenttia parempia tuloksia kuin harjoituksissa.

– Taitojen kohentuminen on ilmiselvästi unen ansiota, Stickgold vakuuttaa. Ihmiset, jotka testattiin heti harjoittelupäivänä, menestyivät kokeissa jopa huonommin kuin harjoituksissa.

– Sen sijaan harjoittelun ajankohta ei vaikuta oppimiseen mitenkään, Stickgold huomauttaa. Aamulla, päivällä ja illalla ennen nukkumaan menoa treenanneet ihmiset ylsivät yhtä hyviin tuloksiin.

Ensimmäinen yö tärkein

Uusien asioiden omaksumista jouduttaa nimenomaan harjoittelua seuraavan yön uni. Jos nukkuminen silloin estyy, oppiminen ei edisty.

  kertoo valvottaneensa osaa koehenkilöistään yön yli. Kun heidät sitten pantiin testiin, he menestyivät yhtä surkeasti kuin vasta-alkajat, eivätkä tulokset parantuneet senkään jälkeen, kun kokelaat olivat kahtena seuraavana yönä saaneet nukkua univajeensa pois.

– Muistijälki, joka muodostuu uusia asioita omaksuttaessa, alkaa vahvistua heti seuraavana yönä, Stickgold tulkitsee.

– Alkuun päästyään lujittuminen jatkuu noin viikon verran. Sen jälkeen uusi asia on kiinnittynyt mielen neuroverkkoon.

Stickgoldin arvio noin viikon mittaisesta prosessista perustuu hänen omiin  mittauksiinsa, jotka osoittavat taitojen kohentuvan yö yöltä. Neljäntenä päivänä koehenkilöt ylsivät jopa 69 prosenttia lähtötilannetta parempiin tuloksiin. Viimeisen kerran kokelaat testattiin seitsemäntenä päivänä yhtä hyvin tuloksin.

- Miten mainiosti opit jonkin asian, todella riippuu siitä, miten hyvin nukut, Stickgold tiivistää.

Hypnagogiset unet vahvistavat

Millä lailla unikoulu lopulta toimii, on hankala asia tutkia. Useimmat meistä eivät tavallisesti muista juuri mitään unistaan, joten tutkijoiden ei auta kuin värvätä koehenkilöitä laboratorioihinsa, seurata heidän nukkumistaan, herättää heidät ratkaisevalla hetkellä ja kysyä: millaista unta näit?

Tässäkin on pulmansa. Ihmismieli on monimutkainen eikä yleensä toista päivän tapahtumia sellaisinaan, joten unikuvajaisten alkuperää on vaikea tunnistaa. Tästä syystä Stickgold, jota kiinnostavat myös unet, tutkii ns. hypnagogisia unia, joita nähdään nukahtamisvaiheessa ja heti sen jälkeen. Näiden unikuvien tiedetään olevan vahvasti sidoksissa todellisuuteen.

Stickgoldin kokeet osoittavat, että päivän tapahtumat todella tulevat uniin. Hän on peluuttanut ihmisillä Tetris-tietokonepeliä ja lasketteluttanut slalomia hiihtosimulaattorissa. Molemmissa kokeissa yhdeksän kymmenestä osanottajasta sai harjoitukset hypnagogisiin uniinsa, vieläpä hyvin samanlaisina. Tetriksen pelaajat, olivat he täydellisiä noviiseja tai pelin pauloihin aikaa sitten jääneitä eksperttejä, näkivät pelinappuloiden putoilevan ja kasautuvan torneiksi. Laskettelijat, niin vasta-alkajat kuin taitajat, taas viilettivät mäkeä alas kukin kykyjensä mukaan.

Nyt nähdään aivoihin

Ensimmäiset uumoilut siitä, että uni ja oppiminen kytkeytyvät toisiinsa, esitti englantilainen David Hartley jo 1791. Unen päävaiheet – vilkkaan uneksunnan täyttämä rem-uni ja syvä, hidasaaltoinen, niukempikuvainen non-rem-uni – on osattu erottaa 1950-luvun alkupuolelta asti, mutta vasta nyt tutkijoilla on välineitä, joilla nähdään, mitä aivoissa tapahtuu unen aikana.

Tätä tutkimusta tehdään etupäässä eläimillä, esimerkiksi rotilla ja kissoilla, ihan käytännön syistä. Eläinten aivot ovat pienet ja hyvin alttiit vaikutuksille, joten ne muokkautuvat helposti. Näin myös mahdolliset muutokset tulevat nopeasti näkyviin.

Matthew Willson, Massachusettsin teknisen korkeakoulun kognitiivisen aivotutkimuksen professori, on viimeaikaisissa kokeissaan juoksuttanut rottia erimallisissa labyrinteissä ja kuvannut keskeisen muistialueen, hippokampuksen, toimintaa sekä harjoituksen että sitä seuranneen unen aikana.

– Juoksun ja unen aivotoiminta on häkellyttävän samanlaista, Willson sanoo. - Harjoitellessa aktivoituneet hippokampuksen neuronit käynnistyvät uudelleen heti kun rotta on nukahtanut, ja joissakin vaiheissa hermosolut syttyvät ja sammuvat niin samaa tahtia kuin juostessa, että pystymme sanomaan, missä kohtaa labyrinttiään uneksuva eläin kurvailee.

Willson on innoissaan havainnoistaan, mutta niin ovat muutkin. Tulokset ovat ensimmäiset, jotka osoittavat varmasti, että ihmisten lailla myös muut eläimet jatkavat unissaan päivän toimiaan. Tähän asti eläinten unennäöstä on rohjettu esittää vain uskaliaita arvauksia.

– Kun nyt olemme päässeet käsiksi eläinten uniin, voimme kenties kehittää menetelmiä, joilla pystymme tutkimaan unen ja unien rakennetta ja tehtäviä paljon nykyistä tarkemmin, Willson toivoo.

Kaikenlainen uni tarpeen

Näihin asti tutkijat ovat uskoneet, että oppimista ja mieleen painamista edistää ennen kaikkea uneksunta. Nyt he ovat pyörtämässä käsityksiään. Alaa valtaa näkemys, että kaikenlainen uni vahvistaa päivän aikana virittyneitä hermosolujen kytköksiä.

Uutta katsantoa tukevat Willsonin rotat, joiden hippokampus alkoi myötäillä valveen toimintaa hidasaaltounessa. Lisää vankkoja näyttöjä syvän univaiheen tärkeydestä on kerännyt Kalifornian yliopiston fysiologian professori Michael Stryker hiljattain valmistuneissa kissakokeissaan.

Stryker on tutkinut kissanpoikasten sopeutumista uudenlaiseen visuaaliseen ympäristöön peittämällä niiltä toisen silmän. Kuusituntisen puolisokeuden jälkeen osa kissoista pääsi nukkumaan, osa joutui jatkamaan koetta ja osa valvoi pimeässä.

– Kun vertailin ennen koetta ja sen jälkeen otettuja aivokuvia, hämmästyin. Uusia hermosolujen kytköksiä oli eniten niillä lepovuoroon päässeillä kissoilla, jotka vetelivät eniten hidasaaltounta. Ne päihittivät sekä rem-unta nukkuneet, harjoittelua jatkaneet että toimettomina valvoneet lajitoverinsa, Stryker kuvailee.

– Näiden tulosten valossa on ilmeistä, että koko yö on oppimisen aikaa. Iltaunta tarvitaan, koska se on pääosin hidasaaltounta, ja aamu-unta, koska silloin rem-vaiheet ovat pisimmät. Jotta molemmat ennättäisivät toimia, uni ei saisi jäädä alle kuuden tunnin, Stickgold päättelee.

Muistialueet kommunikoivat

Mitä aivoissamme kaiken kaikkiaan tapahtuu unen tallentaessa asioita mieleen, on vielä nappaamatta kuviin. Muistin alueista ja yleisistä toimintaperiaatteista on kuitenkin niin paljon tietoa, että tutkijat uskaltavat tehdä valistuneita arvauksia. Mieleen varastoituminen voi hyvinkin toimia näin:

  Hidasaaltounen aikana hippokampus toistaa kokemaansa ja toimittaa informaatiota tallentumaan säilömuistiin aivokuorelle. Rem-unen aikana aivokuori taas sähköttää tietojaan hippokampukseen, joka näin pääsee vertailemaan aineistoja ja luomaan lisää mielikuvia.

–Tämä muistialueiden vuoropuhelu käynnistyy mitä ilmeisimmin jo nukahtamisvaiheessa, Stickgold sanoo. Hänen tutkimustensa mukaan edes tiukimmin arjen tapahtumia seurailevat hypnagogiset unet eivät toista todellisuutta yksi yhteen vaan nappaavat aineksia mielen syövereistä.

– Laskettelijoistani yksi näki unen, jossa orava sai sukset alleen, ja Tetriksen konkareissa oli useita, jotka käyttivät välillä pelin alkuaikojen versioita.

Tuula Kinnarinen on Tiede-lehden toimitussihteeri.

Julkaistu Tiede-lehden numerossa 3/2002