Matemaattisen fysiikan supertähdet ovat parhaillaan koolla Helsingin yliopistolla Mathematics Meets Physics -konferenssissa, joka alkoi Helsingissä 24. kesäkuuta ja jatkuu viikon loppuun saakka. Tapahtuma on ensimmäinen Suomessa järjestetty suurimuotoinen matemaattisen fysiikan konferenssi ja se kerää koleaan kaupunkiin noin 150 matemaatikkoa.

Alan tähdistä paikalle on saapunut muiden muassa Alan Sokal New Yorkin yliopistosta (kuvassa oikealla) ja neljä Fieldsin mitalin saanutta tutkijaa: belgialainen Jean Bourgain, venäläinen Stanislav Smirnov sekä ranskalaiset Cédric Villani ja Wendelin Werner (kuvassa toinen vasemmalta). Joka neljäs vuosi jaettavat Fieldsin mitalit ovat matematiikan suurin arvonosoitus, joka rinnastetaan Nobelin palkintoon.

Fysiikasta inspiraationsa saanut matematiikka ruotii usein fysiikan perusongelmia, ja Helsingin-konferenssikin painottuu perustutkimukseen.

"On vaikea suoraan sanoa, koska matemaattisen fysiikan tutkimustulokset sovelletaan käytäntöön", kuvailee konferenssijärjestelyistä vastannut professori Eero Saksman (kuvassa toinen oikealta).

"Toisinaan ne voidaan ottaa nopeastikin käyttöön, mutta on todennäköisempää, että ne ovat taustana myöhemmille läpimurroille ‒ joko perustutkimuksessa tai sovelluksissa."

Isäntä on päivänsankari

Konferenssin aikana juhlitaan Kumpulan kampuksella työskentelevän akatemiaprofessori Antti Kupiaisen (kuvassa vasemmalla) 60-vuotispäivää.

Kupiaisen tutkimusalaa ovat erityisesti kaoottiset dynaamiset systeemit, osittaisdifferentiaaliyhtälöt ja tilastollinen mekaniikka. Hänen johtamassaan huippututkimusyksikössä tavoitellaan läpimurtoja muun muassa diffuusioon ja lämmönjohtavuuteen liityvissä kysymyksissä.

Syntymäpäiväsankarin maailmanmaine auttoi tuomaan poikkeuksellisen nimekkään vierailijajoukon Helsinkiin, Saksman uskoo.

Tilaisuus lumoutua

Konferenssiohjelma on rakennettu mahdollisimman suuren hyödyn ajatusta kunnioittaen: päivastoin kuin monissa konfrensseissa, on osallistujien mahdollista kuunnella tapahtuman jokainen puheenvuoro. Kahvi- ja lounastauot puolestaan ovat riittävän pitkiä hyviin vapaisiin keskusteluihin.

"Ihmisten tapaaminen ja kysymysten tekeminen on tärkeää", selittää Saksman. "Vuorovaikutus on kaiken ydin. Kun näkee hyvän esityksen, siitä melkein lumoutuu ja saa niin paljon vaikutteita omaan ajatteluun."

Juttu perustuu lähes suoraan Helsingin yliopiston verkkosivuilla olevaan artikkeliin Annos maailman parasta matematiikkaa Helsingissä, jonka on kirjoittanut Sirkku Saariaho. Kuvan on ottanut Veikko Somerpuro.

Tuoreen tutkimuksen mukaan aivoturso pitää nähtävästi musiikin kuuntelusta.

Jyväskylän yliopiston ja Aalto-yliopiston AMI-keskuksen yhteistyönä tehdyn, Suomen Akatemian rahoittaman tutkimuksen mukaan toistuvien musiikillisten fraasien kuuntelu saa aikaan selvää aktivoitumista aivotursossa, eli hippokampuksessa. Koska aivoturson yksi tärkeä tehtävä aivoissa on pitkäkestoisten muistojen luomisessa ja säilyttämisessä, ja koska uusien tutkimustulosten mukaan lyhyt- ja pitkäkestoinen muisti ovat toisistaan riippuvaisia, on musiikin kuuntelulla mahdollisesti muistamista avustava vaikutus.

Professori Petri Toiviaisen johtamaan tutkimusryhmään kuului tutkijoita Jyväskylän monitieteisen musiikintutkimuksen keskuksesta sekä tohtori Elvira Brattico Aalto-yliopistosta. Tutkimuksen tulokset julkaistiin Cortex-lehdessä, joka on hermojärjestelmän ja käyttäytymisen tutkimukseen painottunut tieteellinen julkaisu.

"Keskisten ohimolohkojen alueen aktiivisuus lisääntyi, kun koehenkilöille soitettiin toistuvia musiikillisia motiiveja", kertoo tohtorikoulutettava Iballa Burunat.

"Keskiset ohimolohkot ovat välttämättömiä pitkäkestoisen muistin toiminnassa. Kuuntelukokeessa havaittiin, että nämä aivoalueet osallistuvat kenties myös musiikkikatkelmien lyhytkestoiseen tunnistamiseen."

Tohtori Bratticon mukaan vastaavaa ei ole aiemmin havaittu musiikin neurotutkimuksessa.

Tutkimuksen tekee uudenlaiseksi se, että kuuntelukoe järjestettiin mahdollisimman luonnollisessa ympäristössä, joka ei ole kovin tyypillistä neurotieteiden koeasetelmille. Koehenkilöiden ainoa tehtävä oli kuunnella tarkkaavaisesti musiikkinäytteenä toiminut argentiinalainen tango alusta loppuun.

"Käyttämämme metodi oli ratkaisevassa osassa ilmiön paljastamisessa", Iballa Burunat selittää. "Tunnistetut alueet voivat olla yhteydessä myös musiikkiin liittyvien pysyvämpien muistijälkien muodostamiseen".

Musiikin tarkkaavainen kuunteleminen kenties juurrutti sävelmän koehenkilöiden pitkäkestoiseen muistiin. Vastaavaa ei ehkä olisi tapahtunut, mikäli koehenkilöt olisi altistettu yksinkertaisemmalle ärsykkeelle kontrolloidummassa koeasetelmassa, kuten tapana yleensä on tutkittaessa musiikin ja muistin välisiä yhteyksiä.

Vaikka luonnollinen koeasetelma saattaa olla riittävä tekijä aktivoimaan aivoturson osallistumista musiikin kuunteluun, saattaa toinen selitys tuloksille piillä musiikin kyvyssä herättää tunteita. Kokeessa käytetty musiikki on Astor Piazzollan säveltämä kunnianosoitus äkillisesti kuolleelle isälleen, joten kappale on hyvin tunteellinen. Burunatin mukaan emotionaalisella latauksella voi myös olla vaikutus muistamiseen, eli pelkkä musiikki sinällään ei selittäisi tuloksia.

Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että tunnepitoiset tapahtumat muistetaan neutraaleja paremmin. Tuloksilla voi olla merkitystä myös hermorappeumasairauksien, kuten Alzheimerin taudin, tutkimuksen kannalta. Sopiva tunnepitoinen musiikki voisi siis toimia hyvinkin hoitona tai ennaltaehkäisynä.

"Musiikilla voidaan vaikuttaa potilaisiin positiivisesti stimuloimalla heidän aivotursoaan ja sitä kautta koko muistijärjestelmää", pohtii professori Toiviainen.

"Parempi ymmärrys musiikin ja muistin välisestä yhteydestä voi johtaa hyvinkin laajamittaisiin tuloksiin ja auttaa kehittämään uusia hoitomuotoja, joilla kuntoutetaan hermorappeumasairauksista kärsiviä potilaita tai parannetaan heidän elämänlaatuaan."

Artikkeli perustuu Aalto-yliopiston ja Jyväskylän yliopiston yhteiseen tiedotteeseen. Kuva on Flickr-palvelusta.

Julkaisu:

Burunat, I., Alluri, V., Toiviainen, P., Numminen, J., & Brattico, E. (2014). Dynamics of brain activity underlying working memory for music in a naturalistic condition. Cortex. doi:10.1016/j.cortex.2014.04.012

Suomalaistutkijat ovat olleet mukana tekemässä uutta kirjaa nimeltä "Transdisciplinary Sustainability Studies: A Heuristic Approach", joka avaa koko joukon ihmisten arkeen ja koko yhteiskunnan toimintaan kietoutuvia ongelmia. Esimerkiksi ilmastonmuutos vaikuttaa jokaisen elämään: talvella on pimeää kun lumi puuttuu ja autoilusta tulee entistä kalliimpaa. Samat ilmiöt näkyvät yhteiskunnan tasolla: päättäjien ja viranomaisten pitää yhdistää liikkumisen vapaus ja autoilun rajoittaminen tai työpaikkojen luonti ja saastumisen vähentäminen.

Tutkijat tarjoavat usein ongelmien ratkaisuiksi täsmällisiä menetelmiä: he ehdottavat lisäämään muuttujia matemaattiseen malliin, järjestämään kansalaisten ryhmähaastatteluja tai tekemään vaihtoehtoisia skenaarioita päätöksenteon tueksi. Monet ongelmat kuitenkin pakenevat tutkijoiden täsmällisiä ratkaisuja – ne ovat monitahoisia, monimutkaisia ja moniarvoisia.

Silloin kannattaa ottaa avuksi heuristiikka, mihin tuore, kansainvälisen tutkijajoukon toimittama kirja tarjoaa apuvälineitä.

"Heuristiikalla tarkoitamme ajattelun välineitä, joilla tutkija lähestyy tutkimustilannetta ja poimii sieltä tekijöitä, joiden avulla on mahdollista jäsentää ongelmaa ja löytää siihen ratkaisuja", sanoo kirjan toimittaja, tutkija Katri Huutoniemi Helsingin yliopistosta.

Yksinkertaisimmillaan heuristiikka on sitä, että työkalupakin ruuvilokerosta poimitaan yksi, joka tuntuu sopivimmalta johonkin tiettyyn tarkoitukseen, vaikkapa seinäkellon kiinnittämiseen keittiön seinälle. Mikäli valittu ruuvi ei olekaan tarpeeksi tukeva, etsitään yrityksen ja erehdyksen avulla lopulta sopiva ruuvi.

Tieteessä tosin yritystä ja erehdystäkin voidaan tehdä suunnitelmallisesti sekä varsinaisen tekemisen sijaan eri tapauksia etukäteen simuloimalla. Kun tilannetta katsotaan myös monitieteellisesti, voidaan löytää monimutkaisia, tieteenalarajat ylittäviä reittejä ongelmallisten tilanteiden kohtaamiseen ja tarkasteluun.

"Kirja on tarpeellinen erityisesti päätöksentekoa palveleville asiantuntijoille", painottaa kirjan toinen toimittaja, tulevaisuudentutkimuksen professori Petri Tapio Turun yliopistosta.

"Pirullisten ongelmien uudelleen kehystäminen ja vaihtoehtoisten, yllättävienkin ratkaisujen avaaminen nostaa näkemykset juoksuhaudoista", jatkaa Tapio. "Tarvitaan keskusteluprosesseja, joissa katsotaan luovasti ja ennakkoluulottomasti eteenpäin".

Heuristiikka ei kuitenkaan ole ihmelääke, kuten yksi kirjoittajista Riikka Paloniemi Suomen Ympäristökeskuksesta toteaa: "Heuristiikan käyttäminen edellyttää valppautta ja itseymmärtämistä. Uusi kirja tekeekin usein näkymättömiin jäävät heuristiikat läpinäkyviksi."

Toukokuussa julkaistun kirjan kirjoittajakuntaan kuuluu huippututkijoita Suomen lisäksi Yhdysvalloista, Isosta-Britanniasta, Sveitsistä, Tanskasta ja Ruotsista. Uusia näkökulmia tuotetaan erityisesti luonnon monimuotoisuuden turvaamiseen ja ilmastonmuutoksen torjuntaan. Huutia saavat vakiintuneet näkemykset metsänomistajuudesta, liikenteestä sekä erityisesti tieteen roolista yhteiskunnassa.

Akateeminen ja muu asiantuntijatieto on yhä syvemmässä vuorovaikutuksessa päätöksenteon ja arkielämän kanssa. Juuri tämä käytännön ongelmaratkaisun ja akateemisen tiedonmuodostuksen jännite on kirjan jokaisessa luvussa läsnä.

Teksti perustuu Turun yliopiston tiedotteeseen. Lisätietoa kirjasta on mm. Katri Huutoniemen kolumnissa.

Koulutushanke haluaa saada nuoret ymmärtämään meren ja merentutkimuksen arvon. Idea luentokiertueeseen syntyi meloessa Tongan saarilla.

Ajatus kouluille suunnatusta Itämeri-luentokiertueesta sai alkunsa kaukana kotoa, kun tutkimusmatkailija Patrik ”Pata” Degerman ja Helsingin yliopiston Itämeren tutkimuksen professori Alf Norkko olivat melomassa Tongan Ha’apai-saariryhmällä.

"Istuimme autiolla saarella ja puhuimme merestä ja siitä, miten ihmisen jalanjälkiä löytyy nykyisin jopa planeettamme autioimmilta saarilta", Norkko kertoo. "Kun astuu maihin paratiisisaarella, löytää rannalta muovipulloja ja rantasandaaleja".

Miehet päättelivät, että muutos on mahdollista vain nuorten kautta.

Syntyi idea Havsforskarna (Merentutkijat) -koulutushankkeesta, jossa pyriytään herättämään nuorten mielenkiinto merentutkimukseen ja sitoutuminen mereen liittyviin kysymyksiin. Tvärminnen eläintieteellisen aseman koordinoima luentokiertue on vieraillut tänä keväänä 11 ruotsinkielisessä lukiossa.

Jokainen etelän meriä kulkenut ja sen taivailla lentänyt tietää, että siellä Etelämannerta ympäröivällä vapaan veden alueella tuulee ja tuivertaa. Kap Horn ja Hyväntoivonniemi eivät ole syyttä saaneet paikkojansa merenkävijöiden legendoissa.

Tuoreen tutkimuksen mukaan tämä Etelämantereen ympärillä oleva polaarivorteksi, manteretta kiertävä hurjien tuulien vyöhyke, on nyt voimakkaimmillaan tuhanteen vuoteen.

Nerilie Abram Canberrassa sijaitsevasta Australian kansallisesta yliopistosta on kartoittanut tätä polaarivorteksia ja huomannut paitsi että se on voimistunut, niin myös selvittänyt mistä se saattaa johtua.

Tutkimus julkaistiin 11. toukokuuta Nature Climate Change -lehdessä.

Tuulivyöhyke suojaa

Ilmaston lämpeneminen ei ole näkynyt toistaiseksi Etelämantereella niin paljon kuin muualla, sillä manner on lämmennyt huomattavasti hitaammin kuin muu maailma. Abramin tutkimuksen mukaan voimistunut polaarivorteksi eristää tehokkaasti Etelämantereen, ja siksi lämmin ilma ei ole päässyt tunkeutumaan sinne samaan tapaan kuin muualle.

Samalla kun tuulet ovat voimistuneet, on tuulivyöhyke itse tullut pienemmäksi. Sen seurauksena esimerkiksi läntinen Australia on tullut kuivemmaksi ja Antarktikan niemimaan  pohjoiset osat ovat lämmenneet muuta mannerta nopeammin.

Vielä vuonna 2009 näytti siltä, että syypää tuulien voimistumiseen oli otsonikato ja siitä johtunut aukko otsonikerroksessa. Nyt näyttääkin siltä – etenkin kun otsonitilanne on paranemassa – että kasvihuonekaasut puskevat pyörrettä yhä vinhempaan vauhtiin.

Aussitutkijat analysoivat James Rossin saarelta poraamiaan jäänäytteitä, joiden avulla he saattoivat nähdä Etelämantereen lämpötilan yli tuhannen vuoden ajalta. Tämän perusteella he saattoivat arvioida tuulien voimakkuuden ja vorteksin laajuuden.

Nyt tuulet puhaltavat siis voimakkaammin kuin koskaan vuosituhannen aikana. Nopeuden kasvu ei kuitenkaan ole ollut tasaista, vaan se on kiihtynyt 1940-luvulta alkaen. Koska tuolloin ei otsoniaukosta ollut tietoakaan, ei se ole ollut syynä tuulien nopeuden kasvuun. Sen sijaan se on avittanut tilannetta myöhemmin: toisen, Australian kansallisen tutkimustoimiston CSIROn Wenju Cain tekemän toistaiseksi vielä julkaisemattoman tutkimuksen mukaan, otsonikato olisi vastuussa kahdesta kolmasosasta tuulien voimistumisesta ja kasvihuonekaasut yhdestä kolmasosasta.

Abram ryhmineen simuloi tilannetta kahdeksalla hieman erilaisella nykytietoihin ja mitattuihin kasvihuonekaasujen määriin perustuvalla ilmastomallilla, joista jokainen näytti tuulien voimistumisen alkavat 1940-luvulla. Niiden mukaan pohjoinen lämpenee eteläistä pallonpuolta nopeammin ja Etelämanner jää voimakkaiden tuulien sisälle nalkkiin.

Jännää on myös se, mitä näyttää tapahtuvan tulevaisuudessa.

Sitä mukaa kun otsonitilanne paranee, sen osuus vähenee, mutta tätä saadaan odottaa noin vuoteen 2045 saakka: siihen saakka tuulet pysyvät nykytasolla tai jopa voimistuvat, koska kasvihuonekaasujen määrä lisääntyy. Lisäisi ilmaston lämpeneminen sinällään myös pitää tuulia voimakkaina, joten helpotusta tilanteeseen ei ole tiedossa vielä pitkään aikaan – jos koskaan, mikäli nykyinen meno jatkuu.

Otsikkokuva on erinomaiselta earth.nullschool.net -sivustolta otettu ruutukaappaus; sivulla voi visualisoida maapallon pintatuulia.

Julkaisun tiedot: Nature Climate Change, DOI: 10.1038/NCLIMATE2235

Moni korkean sydäntautiriskin henkilö jää huomaamatta nykyisillä mittareilla. Perinteinen seulonta tunnistaa vain 45 prosenttia korkean sairastumisriskin omaavista henkilöistä.

Suomen molekyylilääketieteen instituutin FIMM:n vanhempi tutkija Elisabeth Widén kertoo genomitiedon nousevan tärkeään rooliin jokaisen ihmisen riskinarvion tarkentamisessa.

"Uudet tunnistetut riskiin liittyvät geenimerkit auttavat tarkentamaan henkilöiden riskinarviota merkittävästi", Widén sanoo.

Sydän- ja verisuonitautien riskitekijöistä puolet on hänen mukaansa klassisia elintapoihin liittyviä ja puolet perustuu perinnöllisyyteen.

"Suomessa sairastuu vuosittain sydän- ja verisuonitauteihin noin 25 tuhatta henkilöä. Noin tuhat heistä voisi ennaltaehkäistä omaa sairauttaan geenitiedon avulla."

Seuraava kysymys on, miten potilaista kerätty genomitieto saadaan lääkäreiden käyttöön kliinisen päätöksenteon tueksi ja jokaisen suomalaisen hyvinvoinnin edistämään.

FIMM on juuri käynnistänyt Kardiokompassi-nimisen hankkeen tätä varten. Pilottiprojektissa on tavoitteena koota 200 ihmisen geenitieto, sisältäen 47 riskigeenimerkkiä, yhteen web-palveluun. Lisäksi sinne kootaan henkilöiden terveystietoa.

Kardiokompassin tavoitteena on auttaa henkilöitä tulkitsemaan ja paremmin ymmärtämään henkilökohtaisia riskitekijöitään ja saada etenkin korkean riskin henkilöt huolehtimaan paremmin terveydestään. Kardiokompassin kautta jokainen voi myös saada tarvittaessa konsultaatiota geneetikolta tai kardiologilta.

Kaikki terveys- ja geenitiedot on myös mahdollista siirtää uudelle Taltioni-terveystilille, johon kansalaiset voivat koota omia terveystietojaan.

Geenitieto on kuitenkin vain yksi mittari muiden joukossa. Kautta aikain tunnetuin lienee vaaka ja toiseksi tunnetuin on peili. Nämä tutut mittarit kertovat nopeasti kaikkien tuntemasta terveysriskistä eli liikapainosta.

Jos nämä selkeät ylipainon mittaritkaan eivät saa kansalaisia muuttamaan elintapojaan, niin miten käy geenitiedon?

Kuva: FIMM

Maan ulkopuolista älyä on etsitty jo kymmenien vuosien ajan. SETI-tutkimus eli Search for ExtraTerrestrial Intelligence oli alkuun CETI-kommunikointia (Communication with…), mutta kun hiljaisuus ei tuntunut millään rikkoutuvan, alettiin puhua vaatimattomammin etsinnästä. Ja se jatkuu yhä.  

Entä jos jotain todella löytyy? Eikä vain "jotain", vaan älyllisen sivilisaation varta vasten lähettämä viesti, joka saadaan mahdollisesti jopa tulkittua. Pitäisikö siihen vastata?

Neljännesvuosisata sitten tsekkitähtitieteilijä Zdenek Kopal tokaisi, että jos kosminen puhelin soi, "Älkää luojan tähden vastatko!" Stephen Hawking on joitakin vuosia sitten esittänyt samansuuntaisia ajatuksia. Hänen mielestään yhteydenottoyritykset ovat vaarallisia, sillä ne kertovat avaruuden muukalaisille olemassaolostamme ja saattavat houkutella ne valloitusretkelle.

Useimpien SETI-tutkijoiden mielestä maailmankaikkeuden mahdolliset muut älylliset sivilisaatiot olisivat kuitenkin teknisesti niin paljon meitä kehittyneempiä, että ne eivät tarvitsisi "orjia, ruokaa tai toisia planeettoja", kuten SETI-tutkimuskeskuksen entinen johtaja Jill Tarter asian on ilmaissut. "Jos muukalaiset tulisivat tänne, ne olisivat puhtaasti tutkimusmatkalla." Ei siis syytä huoleen.