Minna Huotilainen: Laskukone vauvan aivoissa

Aivotutkijana ajattelen, että matematiikalla on tosi tärkeä rooli tutkimuksessa. Oikeastaan koko aivotutkimusta ei olisi olemassakaan, ellei olisi matematiikkaan perustuvaa signaalinkäsittelyä ja tilastotiedettä. Ihmisen aivoista mitattava signaali on erittäin kohinainen, eikä siitä saisi selvää ilman suodattamista ja monenlaista keskiarvoistusta, virheenarviointia ja -korjausta. Yksittäisiin havaintoihin ei aivotutkimuksessa tukeuduta, vaan havaintoja tutkitaan tilastotieteen menetelmin, jotta nähdään kokonaiskuva havaintojen takana. Juuri tilastotiede on monenlaisen tutkimuksen ytimessä: keräämme paljon havaintoja, mutta mitä niistä voidaan päätellä? Tähän kysymykseen vastatakseen on käytettävä matematiikan menetelmiä.

Mutta matematiikka ei suinkaan ole aivotutkijalle pelkkä työkalu, vaan matemaattinen ajattelu on myös kiinnostava tutkimuskohde. Miten matematiikan oppiminen näkyy aivoissa? Matemaattinen ajattelu ei todellakaan ala siitä, kun päiväkoti-ikäinen lapsi katselee yhdessä vanhempansa kanssa kuvakirjaa ja laskee yksi-kaksi-kolme-neljä-viisi kultakalaa. Matemaattista ajattelua on jo vastasyntyneen vauvan aivoissa, vaikka se ei päällepäin näykään.

Aivotutkijat ovat löytäneet vauvan aivoista ANS-järjestelmän (automatic number system). Tämä järjestelmä ei osaa täsmällisesti laskea, mutta on aika hyvä arvioimaan lukumääriä. Jos vauva vilkaisee koria, jossa on kuusi palloa, ja toista koria, jossa palloja on vain kolme, ANS-järjestelmä osaa heti automaattisesti kertoa, että ensimmäisessä lukumäärä on suurempi kuin toisessa. Vauvalla järjestelmän tarkkuus on vain 1:2, mutta pian se siitä tarkentuu. Eräiden tutkimusten mukaan se on jo puolen vuoden iässä 2:3 ja aikuisella noin 9:10, yhdellä vilkaisulla.

Mielenkiintoista ANS-järjestelmässä on, että se löytyy ihmisten lisäksi muiltakin: esimerkiksi rhesusapinat, papukaijat, varislinnut ja jopa jotkin kalat pystyvät käyttämään ANS-järjestelmää nopeaan lukumäärien arviointiin. ANS-järjestelmä pystyy myös pieniin laskutoimituksiin. Jos puun taakse lentää kolme lintua, ja kaksi lentää sieltä pois, kissalle on matemaattisen selvää, että yksi siellä ainakin vielä pitäisi olla. Tällainen automaattinen “laskeminen”, eli lukumäärien arviointi, on siis kovin luonnollista ja sillä on ikiaikainen perusta aivoissamme.

Myös kuulojärjestelmä tekee automaattista lukumäärien arviointia - ilman tietoista laskemista aivomme arvioivat äänien kappalemääriä ja niissä tapahtuvia muutoksia. Aivot luovat jatkuvasti malleja äänistä. Olen ollut mittaamassa nukkuvan vauvan aivoista, kuinka äänien kappalemäärissä tapahtuvat muutokset aikaansaavat aivan selviä aivovasteita, vaikkei nukkuvan vauvan käytöksestä voi huomata mitään. Ja samanlaisen vasteen löysimme mittauksissa myös jo noin kuukautta ennen syntymää: ihmisen sikiön aivot laskevat. Musiikissa ja puhekielessä käytämme hyväksemme tätä automaattista laskentaa. Valssin keinahtelu kolmeen laskien tai rytmikkään musiikin nakuttava tasatahti käynnistävät aivojen automaattisen laskimen. Toisaalta rytmikkyys ja samoina toistuvat sävelmäärät luovat myös odotuksia, joiden sopiva rikkominen luo musiikkiin ah-niin-maukkaita kohtia. Musiikkinautinto käyttää hyväkseen aivojen laskukonetta.

ANS-järjestelmä on eräänlaista synnynnäistä matemaattista lahjakkuutta, joka piilee meissä jokaisessa. Tämän järjestelmän päälle rakentuu tietoinen matemaattinen osaaminen, joka vaatii kehittyäkseen monta kirjaa viidestä kultakalasta ja kolmesta variksesta sekä myöhemmin uutteraa puurtamista matematiikan tunneilla. Jos sinua kiinnostaa biologia, lääketiede, psykologia, taloustiede, teknologia, kemia tai vaikka sosiologia, muista matematiikka, sillä uuden tiedon hankkiminen näillä ja monilla muilla tieteenaloilla perustuu matematiikan antamiin työkaluihin. Matematiikkaa tarvitaan jokaisessa työssä.

"Uskon, että matematiikan opiskelu tekee hyvää aivoille." 

Tutkimus ei ole löytänyt aivoista matemaattista lahjakkuutta, mutta kun oppija innostuu ja uppoutuu harjoittelemaan matematiikkaa, oppimisen jäljet näkyvät aivoissa selvästi. Anna siis aivojesi innostua matematiikasta!

Minna Huotilainen on aivotutkija Helsingin ja Uppsalan yliopistoissa. Hän on mm. kirjoittanut kirjan Tunne aivosi yhdessä Leeni Peltosen kanssa.

#matematiikka100