Hiiri löytää himmeän valon tehokkaammin yöaikaan

Vuorokaudenaika vaikuttaa nisäkkäiden näkökykyyn. Tutkimuksessa hyödynnettiin syväoppimismenetelmiä ja konenäkökameroita.

Nisäkkäät havainnoivat valoa eri lailla päivällä kuin yöllä. Tuoreessa tutkimuksessaan Aalto-yliopiston ja Helsingin yliopiston tutkijat huomasivat, että hiiret löysivät himmeän valon pilkkopimeässä paremmin yöllä kuin päivällä.

Tutkijoiden yllätykseksi ero ei juurikaan selittynyt hiirten silmissä tapahtuneilla muutoksilla vaan enemmänkin sillä, miten hiiret etsivät valoa pimeässä ja miten niiden aivot prosessoivat valosignaaleja yöllä ja päivällä. Neurotieteilijöille tulokset antavat uutta tietoa eläinten ja ihmisten näkökyvystä ja biologeille vuorokaudenajan merkityksestä aisti-informaation tulkitsemisessa.

Eläinten sisäisen kellon tiedetään vaikuttavan niiden käyttäytymiseen ja kehon toimintaan. Esimerkiksi silmän valoa aistivalla osalla eli verkkokalvolla on oma vuorokausirytminsä. Professori Petri Ala-Laurilan vetämä tutkimusryhmä halusi selvittää, millä eri tavoilla silmän sisäinen kello vaikuttaa näkemiseen.

“Tutkimusryhmämme pystyy kytkemään verkkokalvon signaloinnin hiiren suorituskykyyn himmeässä valossa. Näin voimme tutkia, kuinka yön ja päivän vaihtelu vaikuttaa hiiren näkökykyyn sekä hermoverkkotasolla että käyttäytymisessä”, Ala-Laurila sanoo.

Aiemmin tänä vuonna professori Ala-Laurilan ryhmä osoitti, miten himmeiden valojen havainnointi käyttäytymisen tasolla perustuu silmän aivoihin lähettämään signaaliin. He pystyivät ensimmäistä kertaa neurotieteessä yhdistämään nisäkkään näköön perustuvan käyttäytymisen verkkokalvon hermoimpulsseihin. Kokeessa hiiri laitettiin pilkkopimeään labyrinttiin, jossa oli himmeä valo labyrintin uloskäynnin vieressä. Hiirelle opetettiin, että valo ohjaa ulos labyrintistä. Uudessa tutkimuksessa toistettiin samaa koeasetelmaa, ja kokeita tehtiin sekä yöllä että päivällä. Tutkijat havaitsivat käyttäytymisessä eron: hiiret löysivät valon paremmin yöllä kuin päivällä. Erityisen yllättävää oli se, etteivät silmän aivoihin lähettämät hermoimpulssit vaikuttaneet eroon.

Ala-Laurila kollegoineen pystyi ratkaisemaan arvoituksen uuden tutkimusasetelman avulla. Tutkijat seurasivat pimeäkäyttöön soveltuvien konenäkökameroiden ja koneoppimismenetelmien avulla tarkkaan eläinten liikkumista ja näkemistä. Tutkimusryhmä havaitsi, että yöllä tehdyissä kokeissa hiiret etsivät valoa tehokkaammin esimerkiksi kääntymällä enemmän. Kun yökokeeseen osallistuneet hiiret tekivät saman kokeen päivällä, ne hyödynsivät tätä parempaa strategiaa ja selvittivät labyrintin tehokkaammin kuin hiiret, jotka eivät tätä ennen olleet suorittaneet koetta yöaikaan.

“Aikaisemmin käyttäytymisstrategian vaikutusta näön suorituskykyyn ei ole voitu analysoida yhtä tarkasti. Siksi onkin innostavaa havaita, että jopa näin yksinkertaisissa tehtävissä eläimet voivat soveltaa hyvin erilaisia käyttäytymisstrategioita, ja pystymme osoittamaan niissä vieläpä eroja päivän ja yön välillä”, kertoo tohtorikoulutettava Sanna Koskela Helsingin yliopistosta.

Linkki tutkimusartikkeliin: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.11.021