Ao. artikkelin kirjoittaja/suomentaja on lääketieteen lisensiaatti Pekka Reinikainen

Silmät ovat ikkunoita, joiden läpi aivot kurkkivat maailmaa. On arvioitu, että jopa 30 % aivokuoresta osallistuu liikkuvan värikuvan muodostamiseen ja tulkintaan. Kun äskettäin pyrittiin maailman tehokkaimmalla tietokoneella (vastaa noin 250 000 kannettavan tietokoneen tehoa) jäljittelemään pelkästään 1 % suuruisen aivosolujoukon sekunnissa tekemää tietojenkäsittelyä, siihen kului aikaa 40 minuuttia. Silmän suorittamaan tietojenkäsittelyyn liittyy muun muassa automaattinen etäisyyden, pupillin koon ja silmiä liikuttavien lihasten kontrollointi ja silmille havaitsemattoman nopea värinän tuottaminen, joka mahdollistaa jatkuvan näkemisen. Lisäksi aivojen on tulkittava näkymä, vaikkapa luettu teksti ja näkymä on muistettava joko lyhyen aikaa tai pysyvästi.  Automaattinen silmien räpytys ei häiritse katsomista, sillä edellistä kuvaa säilytetään muistissa räpyttämisen ajan.

Current Biology -tiedelehdessä julkaistu saksalaisten aivotutkijoiden tuore tutkimus osoittaa, että silmämme ovat suorastaan taianomaisen nerokkaasti suunniteltuja. Fotonien tuomia tietoja käsitellään mykistävän monipuolisesti jo silmänpohjissa, joita naturalistit ovat joskus väittäneet ”huonosti suunnitelluiksi”. Silmänpohjissa tapahtuva kuvankäsittelyn mittavuus on ällistyttävää. Verkkokalvolle joka sekunti tuleva miljardin fotonin ryöppy jakautuu siellä noin 20 eri kanavaan kuvankäsittelyä varten ennen tietojen lähettämistä aivokuorelle. Tutkijat kuvaavat kahden tällaisen kanavan toimintaa ja kutsuvat havaintojaan ”lähes taikuudeksi”. He toteavat, että katsellessamme nautimme samanaikaisesti sekä suurenmoisesta kolmiulotteisen kuvan terävyydestä että tasokkaasta ja nopeasta resoluutiosta – erotuskyvystä. Samanaikainen terävyys ja nopeus ovat mahdollisia verkkokalvolle asennettujen rinnakkaisten kuvankäsittelykanavien ansiosta. Nämä ovat välittömästi käytettävissä verkkokalvon bipolaari-soluissa. Kukin kanava muodostuu erityyppisistä verkkokalvon soluista. Niistä kukin välittää jonkin kuvan erityisominaisuuden kuten havaitun asian reunan, liikkeen suunnan tai värin. Verkkokalvon soluja on 20 eri tyyppiä. Tutkijat kuvaavat parasol-soluja, jotka vastaavat nopeasta ja hieman epätarkasta kuvan käsittelystä ja midget-soluja, jotka vastaavat hitaasta ja tarkasta kuvasta.

Edellä mainitut solut on ensiksikin asennettu rinnakkain bipolaari-solujen kanssa (aistinsolujen ja amacrine-solujen väliin). Toiseksi ne on lisäksi asennettu sarjaan amacrine-soluihin nähden (bipolaari- ja ganglion-solujen väliin). Kolmanneksi bipolaari-solujen tuottaman sähkövirran aaltomuodolla on tärkeä merkitys. Tämä aaltomuoto puolestaan riippuu bipolaari-solujen hermosäikeiden erityisellä tavalla asennettujen täsmämuotoisten ionikanavien ominaisuuksista. Ne kanavista, jotka sijaitsevat parasol-solujen etupuolella, ovat nopeasti reagoivia ja voivat tuottaa voimakkaita ja lyhytkestoisia sähköpurkauksia. Midget-solujen etupuolelle asennetut kanavat puolestaan käyttäytyvät täysin säädellysti ja lähes ”passiivisesti”. Asetelma muistuttaa sähköpiirustusta, jossa on mukana myös signaalimuodot.

Nämä tuoreet havainnot vahvistavat käsitystä silmien nopeasti toimivasta tietojenkäsittelyjärjestelmästä. Tutkijoiden julkaisussa ei käytetä ollenkaan sanaa ”evoluutio” vaan rakenteita kuvataan ilmaisulla ”verkkokalvon bipolaari -solujen design”. Havaittu sähkönvirran vaihteleva kulkunopeus solujen eri osissa on oleellisen tärkeää, kun mietitään mitä bipolaari-solut todellisuudessa tekevät. Ne eivät ole pelkkiä passiivisia tiedonsiirtokaapeleita vaan niissä tapahtuu merkittävää tietojen esikäsittelyä. Kyseessä on monimutkainen hermoverkon muodostama säätelyjärjestelmä, jota kutsutaan englanninkielisellä termillä inner plexiform layer. Taianomaisuus ilmenee pääosin hermoratojen päiden muodostamassa ”kytkentäkaaviossa”. Siinä voidaan havaita tekninen nerokkuus, joka saa aikaan ihmeitä. Jokainen yksityiskohta on lopputuloksen kannalta tärkeä. Kaikki tapahtuu jo verkkokalvolla. Nerokas tiedonkäsittely jatkuu edelleen aivokuorella ja tämän jälkeen muualla aivoissa, missä arvioidaan saadun kuvallisen tiedon merkitys.

Tuore tutkimus on paljastanut lisää taianomaisuutta aivokuoren näköalueella. Sieltä löydettiin tiedon tiivistämisen mekanismi, joka välittää saadun näkötiedon aivoille tehokkaasti tiivistettynä. Tohtori Dirk Jancke selittää:”Luonnostaan oletamme, että näköaistimme välittää meille jatkuvan kuvien virran samaan tapaan kuin videokamera. Olemme nyt voineet osoittaa, että aivokuori poistaa kuvatiedosta ylimäärän ja säästää energiaa lähettämällä muuttuneita kuvia tiheään tahtiin. Mekanismi muistuttaa elokuvassa käytettyjä tiivistysmenetelmiä. Muuttumattomia kuvan osia ei ole tarpeellista välittää jatkuvana virtana, sillä aivoilla on jo kyseinen tieto käytössään. Vähentämällä kaksi perättäistä kuvaa toisistaan, aivojen näköalueen tarvitsee lähettää eteenpäin vain muuttunut kuvan osa. Tapahtuma on kuitenkin aikasäädetty. Jos kuvan muutos tapahtuu alle 30 millisekunnissa, koko kuva lähetetään eteenpäin. Asia muuttui, jos aika ylitti 100 millisekuntia. Tällöin aivosolut esittivät vain ne kuvan osat, jotka olivat uusia tai muuttuivat, toisin sanoen kuvassa tapahtuneet muutokset.”

Silmä etsii jatkuvasti ympäristössä tapahtuvia muutoksia. Pienen pienet ja nopeat silmän sakkadi-liikkeet skannaavat jatkuvasti näkökenttää ja lähettävät datan aivojen näkökuorelle. Kun tapahtumat vyöryvät nopeasti, mitään ei menetetä, mutta rauhallista maisemaa katsottaessa aivot käyttäisivät liikaa energiaa, jos kaikki tieto välitettäisiin jatkuvasti. Turhaa tietoa tulisi ikään kuin ”liikaa”. Siksi aivojen näkökuorella otetaan käyttöön tiedon tiivistämismekanismi. Tällöin tietyt kuvan osat hallitsevat ja kuvan mielenkiintoiset yksityiskohdat on helpompi havaita. Aivojen näkökuori suorittaa vielä toisenkin nerokkaan toimenpiteen. Näöntutkijat ovat tienneet, että aivot pystyvät ennustavasti koodaamaan, muodostamaan lyhyen muistikuvan, siitä mitä ne odottavat näkevänsä. Tämä selittää sen, kuinka aivomme ymmärtävät tilanteen, missä hevonen ravaa aidan takana vain osittain näkyen ja tulee välillä aidan aukoissa kokonaan näkyviin. Tiedämme, että sieltä tulee hevonen eikä vaikkapa kameli. Nyt tutkijat ovat havainneet, että tällaista ennustavaa koodaamista tapahtuu myös aivojen näkökuorella. ”Aivomme ennakoivat jatkuvasti tulevaa ja punnitsevat saapuvaa kuvamateriaalia sen mukaan, mitä aiemmin koetun perusteella voidaan ajatella tapahtuvan seuraavaksi. Ilman tätä kykyä, olisimme arkipäivän toimissamme toivottomasti hukassa.”

Nämä uudet havainnot eivät ainoastaan osoita suunnittelua, joka kertoo näkemisen mykistävästä monimutkaisuudesta, ne nostavat esiin myös vanhoja filosofisia kysymyksiä. Aistimmeko ympärillämme olevan maailman todella sellaisena kuin se on? Kaikki tämä edellä selostettu kuvankäsittely tapahtuu todellisen maailman ja meidän kuvantulkintamme välissä. Näyttää siltä, että silmiimme reaalimaailmasta tulevan fotonien virran ja meidän siitä luomamme kuvan välillä voi olla ero.  Sama koskee kaikkia muitakin aisteja kuten kuulo-, maku-, haju-ja tuntoaistia. Mutta jos meidän “maalaisjärjellä” tekemämme tulkinta maailmasta on näin kaukana todellisuudesta, miten kaukana todellisuudesta mielessämme tapahtuva “järkeily” mahtaa olla? Millä perusteella materialisti voi luottavaisesti sanoa, että ”uskoo vain sen minkä näkee”.  C.S. Lewis totesi kirjassaan The Magician’s Twin, että materialisti ei voi luottaa siihen, että apinan aivojen käsitykset olisivat luotettavia. Tuon ”kauhean epäilyksen”, joka vaivasi Darwinia hänen myöhäisillä ikävuosillaan, pitäisi vaivata kaikkia, jotka uskovat, että silmä on sokean kellosepän aikaansaannos. Vain älykäs suunnittelu antaa varmuuden järjen päätelmien luotettavuudelle. Maailman täytyy olla perustavalta luonteeltaan rationaalinen ja aistien ja aivojen täytyy olla suunniteltuja vastaanottamaan luotettavaa tietoa reaalimaailmasta. Lisäksi vain mieli, joka ei ole sidottu materiaan voi käydä vuoropuhelua, joka perustuu aistien tuottamaan luotettavaan tietoon ja logiikan lakeihin. Älykkään suunnittelun todellisuus täyttää nämä vaatimukset. Jos ihmismielellä on käytössään luotettavaa aistien välittämää tietoa ja rationaalisuuden lahja, ihminen pystyy etsimään ja tutkimaan tietoa hyvästä, todesta ja kauniista. Nämä välineet eivät kuitenkaan vielä riitä. Niiden todellinen arvo on siinä, mihin niitä käytetään.

Viite: Baden T, Euler T (2013) Early Vision: Where (Some of) the Magic Happens, Current Biology 23, R1096-1098,

Lisätietoa, jota käytetty jutun pohjana: http://www.evolutionnews.org/2014/01/image_processin081201.html