Aivotutkimus osoittaa kulttuuriharrastusten hyötyjä

Transkriptio

1 Aivotutkimus osoittaa kulttuuriharrastusten hyötyjä Minna Huotilainen Kognitiotieteen dosentti FinnBrain-hanke, Turun yliopisto Kognitiivisen aivotutkimuksen yksikkö, Helsingin yliopisto Kaikki kuvat ja osa dioista on poistettu Minna Huotilaisen suosituksesta tekijänoikeudellisista syistä. (Kristiina Kontiainen)

2 Voiko aivotutkimusmenetelmillä mitata kulttuurin vaikutuksia? Aivojen aineenvaihdunta muuttuu aivotoiminnan seurauksena Verenkierto ja veren happipitoisuus muuttuvat: fmri Hermosolujen sähköinen toiminta aiheuttaa Potentiaalin vaihtelua pään pinnalla: EEG Magneettikentän pään ympärille: MEG

3 Aivotutkimusmenetelmä: fmri fmri = functional magnetic resonance imaging = toiminnallinen magneettikuvaus Kuvaa muutoksia veren happipitoisuudessa tietyn tehtävän yhteydessä

4 Aivotutkimus- menetelmä EEG eli aivosähkökäyrä Reaaliaikainen aivotoiminnan tarkkailu Tutkimusmenetelmä: MEG BioMag-laboratorio, HYKS Millisekuntin ajallinen tarkkuus Parempi paikkatarkkuus

5 Mitä kulttuurin vaikutuksia aivotutkimuksen avulla on tutkittu? 1. Musiikki 2. Käsityöt ja askartelutehtävät 3. Tanssi Kuvat Shutterstock.com Esittäjän nimi

6 Soittaminen ja laulaminen ovat erityistä motorista äänen säätelyä Motorinen ja kognitiivis-motorinen toiminta on aivojen näkökulmasta hyödyllistä Muisti, oppiminen, ajattelu Musiikki sisältää kognitiivis-motorisen komponentin, jossa on äänipalaute Miten pitkäkestoinen musiikinharrastaminen vaikuttaa aivotoimintaan? Muusikot mallina

7 Muusikon aivojen laajentuneet aivoalueet Laajentuneet harmaan aineen alueet (Gaser & Schlaug, 2003). Parietal lobe Motor and somatosensory Larger corpus callosum cerebellum Temporal lobe Frontal lobe 7

8 Muusikon aivojen vahvemmat valkean aineen radat Muusikon aivoissa valkean aineen radat motorisen aivokuoren ja liasten välillä (capsula interna) ja otsa-, päälaen- ja ohimolohkojen välillä (corpus callosum, arcuate fasciculus) ovat vahvempia kuin ei-muusikoilla (Bengtsson et al., 2005). Tieto kulkee nopeammin ja tarkemmin aivoalueiden välillä ja aivojen ja lihasten välillä. 8 8

9 Koolla ja teholla on merkitystä Musiikin harrastaminen aikaansaa enemmän resursseja, enemmän tilaa Kuulo, motoriikka, tehtävien automatisoituminen, rakenteiden havainnointi, silmä-käsikoordinaatio Tila on käytettävissä muihinkin tehtäviin Vastaavia muutoksia tavataan myös aikuisilla, jotka aloittavat musiikkiharrastuksen ensi kertaa Entä kun lapsi aloittaa musiikkiharrastuksen?

10 Musiikkiharrastus muokkaa nopeasti lapsen aivoja Lapsilla jo 15 kk:n pianon soiton harjoittelu muokkaa motorisen aivokuoren, aivokurkiaisen ja kuuloaivokuoren rakennetta (Hyde ym., 2009). Harjoittelu tehostaa näiden aivorakenteiden toimintaa ja solujen väliset yhteydet lisääntyvät. Nämä alueet ovat tehokkaita kaikessa kuulemisessa ja hienomotoriikassa. liikeaivokuori aivokurkiainen 10 kuuloaivokuori 10

11 Rakenteelliset ja toiminnalliset muutokset lapsen aivoissa Musiikkiharrastuksen aloittaminen aikaansaa voimakkaita muutoksia kuulo-, tunto- ja motorisessa järjestelmässä. Lapsen aivotoiminta tehostuu Tämä tehostuminen ja suuremmat resurssit ovat kaiken muun samantyyppisen toiminnan käytössä. Muutokset jäänevät pysyviksi, jos musiikkiharrastusta jatketaan n v ikään asti (tutkimukset käynnissä).

12 Korrelaatiotutkimuksia: musiikkiharrastuksen ja kielellisten taitojen yhteys Äänenkorkeuksien havaitseminen on yhteydessä foneemitietoisuuteen 5 vuoden iässä (Anvari et al., 2002) Musiikkiharrastus on yhteydessä lorujen ja sanalistojen muistamiseen sekä sanojen ja tavujen järjestyksen muistamiseen (Kilgour et al., 2002) Musiikkiharrastuksella on vankat yhteydet lukutaitotesteissä pärjäämiseen useilla eri lukutaidon mittareilla mitattuna (Butzlaff 2000) Musiikkiharrastus on yhteydessä kielelliseen muistiin (Chan et al., 1998, Ho et al., 2003) Osassa tutkimuksista yleisen älykkyystason vaikutus on poistettu

13 Lisää korrelaatioita: Musiikin harrastamisen vaikutus aivojen kehitykseen Musiikin havaitseminen korreloi spatiaaliseen päättelykykyyn, lukemiseen ja foneemien havaitsemiseen sekä yleiseen älykkyyteen lapsilla (Nelson & Barresi, 1989; Lamb & Gregory, 1993; Barwick ym., 1989; Douglas & Willats, 1994; Lynn ym., 1989). Musiikkia opiskelleet suoriutuvat musiikkia opiskelemattomia paremmin kielellisen muistin, sanasujuvuuden, visuospatiaalisen hahmottamisen, tarkkaavaisuuden suuntaamisen sekä lukemisen tehtävistä (Chan ym., 1998; Hassler ym., 1985, 1987; Hurwitz ym., 1975). Musiikkituntien määrä korreloi älykkyysosamäärään (Schellenberg, 2004). 13

14 Korrelaatiotutkimusten ongelma: mikä on seurausta mistä? Lapsi alkaa harrastaa musiikkia sattumalta Lapsi alkaa harrastaa musiikkia, koska kotona harrastetaan musiikkia tai on ammattimuusikoita Lapsen musiikkiharrastusta tuetaan asiantuntevasti Lapsi kuulee kotona paljon ja monenlaista musiikkia Lapsella on periytyvää musiikillista lahjakkuutta Lapsi kehittyy harrastuksessaan ja kokee sen palkitsevana Lapsi panostaa paljon musiikkiharrastukseensa Perhe panostaa lapsen harrastukseen Lapsen musiikilliset kyvyt huomataan Lapsella on musiikkia harrastavia kavereita Lapsen kuulojärjestelmä kehittyy Chapman & Sims 1925, J Educ Psychol. Lapsen keskittymiskyky kehittyy Lapsen oppimisvalmiudet kehittyvät Sosiaalisen aseman määrittelevä kysymys 1920-luvulla: onko perheessä pianoa?

15 Musiikki-intervention vaikutukset lapsen kognitiivisiin taitoihin Kun lapset saavat satunnaistetusti joko musiikkiopetusta tai muuta opetusta tai ohjausta, suoriutuvat musiikkiopetusta saaneet lapset paremmin matemaattisissa ja spatiaalisissa tehtävissä, päättelytehtävissä, lukemisessa ja kirjoittamisessa sekä puheen prosodian havaitsemisessa (Gardiner ym., 1996; Rauscher ym., 1997; Standley & Hughes, 1997; Gromko & Poorman, 1998; Bilhartz ym., 2000; Costa-Giomi, 1999; Rauscher & Zupan, 2000; Graziano ym., 1999; Thompson ym., 2002)

16 Musiikkiharrastus vaikuttaa vieraiden kielten oppimiseen Kouluiässä vieraan kielen lausuminen ja kuullunymmärrys hyötyvät musiikkiharrastuksesta Turun yliopistossa Riia Milovanov (nyk. Kivimäki) on tutkinut englannin tuottamista ja lausumista Musiikkiharrastuksen vaikutus on voimakas, myös silloin, kun musiikkiharrastus on melko vaatimaton Esimerkiksi koulun yksiääninen kuoro 45 min viikossa

17 Soittoharrastus kehittää hienomotoriikkaa Soittoharrastuksessa lapsi oppii käyttämään molempia käsiään tarkasti ja taitavasti Tästä on hyötyä vaikkapa virkkaamisen tai kauniin käsialan oppimisessa Äänen tuoma palaute on tärkeä

18 Musiikkiharrastus ja matemaattiset kyvyt Musiikki puolinuotteineen on matemaattinen kieli, joka tukee murtolukujen oppimista Musiikillisten rakenteiden hahmottamisen harjoittelu edistää monimutkaisten kokonaisuuksien hallintaa kuin itsestään ¼ + ¼ = ½ ABABA

19 Musiikkiharrastus ja tarkkaavaisuustaidot Tarkkaavaisuus on mielen perustyökalu Musiikkiharrastus kehittää tarkkaavaisuustaitoja, melussa työskentelyn taitoja, toiminnanohjausta ja pitkäkestoisen tarkkaavaisuuden ylläpitämisen taitoja

20 Musiikkiharrastus ja tarkkaavaisuustaidot NEPSY Neuropsykologinen testi Vastausnopeus Virheiden määrä Musiikkia harrastavat Muuta harrastavat y 12 y y 12 y

21 Musiikkitoiminta ja lasten yhteisöllisyys Leikki-ikäisten päiväkotilasten ryhmissä on tutkittu ohjatun musiikkitoiminnan vaikutusta yhteisöllisyyteen Lapset auttavat toisiaan enemmän ja valitsevat todennäköisemmin yhdessä kuin yksin leikkimisen ohjatun musiikkituokion (15 min) jälkeen yli tunnin ajan Myös toimintaa synkronoiva rytmikäs loru toimii samalla tavoin. Toiminta on tiedostamatonta ja liittyy peilisolujärjestelmän ja aivojen syvien osien toimintaan.

22 Musiikkiharrastuksen hyötyjen yhteenveto Kognitiiviset taidot, lukihäiriön ehkäiseminen, kielelliset taidot, vieraan kielen taidot, matemaattiset taidot Tarkkaavaisuustaidot Ryhmätyötaidot, vuoron odottaminen, vastuun ottaminen yhteissoitossa Itseilmaisutaidot, tunteiden ilmaiseminen sosiaalisesti hyväksytyllä tavalla Yhteisöllisyyden kokeminen, hyvä viiteryhmä

23 Nyt käsitöiden, askartelun, tunto- ja liikejärjestelmän pariin Design: Karen Nordberg

24 Aivojen tunto- ja liikealueet Tunto-, liike- ja näköalueet ovat laajat ja tarvitsevat toimintaa erityisesti lapsuudessa Ärsykkeiden ja toiminnan puute estää näiden aivoalueiden normaalin kehityksen

25 Liikunta virkistää kognitiivista suoriutumista ja parantaa oppimista Liikunnan vaikutus kognitiiviseen suoriutumiseen on osoitettu kiistatta Oppiminen Muistissa säilyminen Langdon & Corbett 2011: Juoksevat hiiret oppivat paremmin

26 Tanssi on erityisen kuntouttavaa liikuntaa aivoille Tunti viikossa tanssia (paritanssinopetusta ja itsenäistä tanssimista oman tai vaihtuvan parin kanssa) 6 kk ajan Fyysisiä ja kognitiivisia muutoksia: asento, elämäntapa, muisti, tarkkaavuus, reaktioajat, käden tarkkuuus ja ote Kattenstroht et al., 2013, Aging Neuroscience

27 Yhteenvetona liikunnasta ja kognitiivisista taidoista Edellisellä viikolla tapahtunut liikunta (yli 6 h) lisää solumuodostusta ja LTP*:tä aivoissa ja valmistelee seuraavan viikon oppimista varten Edellisenä päivänä tapahtunut liikunta (yli 1 h) parantaa unta ja lisää seuraavan päivän LTP:tä seuraavan päivän oppimista varten Samalla tunnilla tapahtunut intensiivinen, kognitiivinen liikunta (jopa vain 1 min) lisää aktiivista solumuodostusta Samana päivänä tapahtunut liikunta (yli 1 h) parantaa seuraavan yön unta ja siten konsolidoi päivällä opittuja muistijälkiä pitkäkestoiseen muistiin *LTP = Long-term potentiation = hermoston solutason muistimenetelmä

28 Lukemisen vaikutus aivoihin Lukiessamme ennakoimme tapahtumia ja koemme emootioita Ennakointiin ja emootioihin liittyvät aivoalueet aktivoituvat voimakkaasti Peilaamme tarinan henkilöiden tilaa ja ajatuksia Lehne et al., 2015

29 Kehollinen kognitio Design: Jun Takahashi

30 Suurin osa aivotoiminnasta on tiedostamatonta Suurin osa aivotoiminnasta on tiedostamatonta, esiprosessointia Opitun prosessoinnin automatisoitumista Kognitiomme on sidoksissa motoriseen järjestelmäämme Ajattelemme käsillämme Katso Riitta Harin TEDx-talk

31 Ajattelemme käsillämme Kehollisen kognition tuloksia voidaan käyttää suunnitelutyössä Suunnittelu konkreettisin materiaalein: arkkitehdin legot ja lumi Vaikeiden käsitteiden ymmärtäminen Kertolaskun tai fraktaalin virkkaaminen Minäkuvan rakentuminen pala palalta Minäpystyvyys

32 Stressi kasvaa Millaisia toimintatiloja aivoissa on? Pakene tai taistele Flow eli virtaustila Torkkuminen ja uni Palautuminen kasvaa Oppiminen kasvaa

33 Fysiologinen oppimismahdollisuus Aivojen syvät osat (mantelitumake, hippokampus) säätelevät fysiologiaamme monessa ulottuvuudessa Vireystila: unisuus vai virkeys? Hälytystila: pakene tai taistele tila vai oppimistila? Oppiminen on mahdollista silloin, kun fysiologinen tilamme sallii sen. Voimme tietoisesti viedä itseämme kohti oppimistilaa eli vähentää hälytystilaa valitsemalla ympäristön ja ärsykkeet oikein.

34 Musiikin kuuntelemisen nopeat vaikutukset Musiikin kuuntelu aiheuttaa kussakin kuulijassa subjektiivisen, omakohtaisen kuuntelukokemuksen Kokemus riippuu aiemmasta kuunteluhistoriasta ja on siten yksilöllinen, aikaansaa mitattavissa olevia fysiologisia muutoksia Rentouttavan musiikin kuunteleminen vaikuttaa stressihormonien erittymiseen (Khalfa ym. 2003) Musiikki aktivoi aivojen mielihyväjärjestelmää Musiikinkuuntelun kognitiiviset vaikutukset

35 Musiikinkuuntelun nopea kognitiivinen vaikutus Yksilöllisesti piristävän musiikin kuuntelu tehostaa hetkellisesti suoriutumista tehtävässä, joka edellyttää psykomotorista tai kognitiivista nopeutta (Clark & Teasdale, 1985; Wood ym., 1990; Pignatiello ym., 1986; Schellenberg ym., 2007) päättelyä tai päätöksentekoa (Rausher ym., 1993; Chabris, 1999; Thompson ym., 2001; Kenealy, 1988) tarkkaavaisuutta ja työmuistia (Thompson ym., 2005; Mammarella ym., 2007) luovuutta (Schellenberg ym., 2007) Nautinnolliset ärsykkeet kohentavat mielialaa ja nostavat vireystilaa, mikä lisää dopamiinin eritystä ja parantaa kognitiivista suoriutumista (Menon & Levitin, 2005; Ashby ym., 1999). 35

36 Musiikillisten äänien pitkäkestoisen kuuntelemisen vaikutus aivojen kehitykseen eläinmalleissa muokkaa kuuloaivokuoren rakennetta sekä tehostaa oppimista ja muistia (Angelucci ym., 2007; Chikahisa ym., 2006; Engineer ym., 2004; Percaccio ym., 2005, 2007; Kim ym., 2006; Zhang ym., 2001) muokkaa glutamaattireseptorien toimintaa kuuloaivokuorella ja pihtipoimun etuosassa (Bi ym., 2006; Lu ym., 2008; Xu ym., 2007; Nichols ym., 2007) hermosolujen kasvu ja erilaistuminen, liikkeiden säätely, oppiminen, muisti sekä tunteiden säätely lisää uusien hermosolujen tuotantoa ja hermokasvutekijöiden määrää hippokampuksessa, hypotalamuksessa ja aivokuorella (Angelucci ym., 2007; Chikahisa ym., 2006; Kim ym., 2006). lisää dopamiinin tuotantoa aivoissa (Sutoo & Akiyama, 2004) liikkeiden säätely, motivaatio ja palkitsevuus, uni, mieliala, tarkkaavaisuus ja oppiminen 36

37 Yhteenveto: Miten kulttuuri vaikuttaa aivoihin Musiikilla, mutta myös esimerkiksi käsitöillä, lukemisella ja tanssilla on osoitettu positiivisia vaikutuksia itse aktiivisesti harrastettuna Kognition paraneminen ja parempi säilyminen Kulttuurin avulla voimme säädellä fysiologista tilaamme: rauhoittaa tai piristää itseämme, tuoda uutta inspiraatiota Miksi kulttuuri on olemassa? Yhteisöllisyyshypoteesi Kieli-hypoteesi Henkinen urheilu

38 Kiitos! Minna Huotilainen Kognitiotieteen dosentti FinnBrain-hanke, Turun yliopisto Kognitiivisen aivotutkimuksen yksikkö, Helsingin yliopisto Esittäjän nimi