Előfizetés a lapra

Az agyból kifelé haladva

A hét kutatója, agykutatás, élettudomány, idegrendszer, interjú, neuron

2016/04/27

Agyunk tényleg üres lap, melyet megtölt a beérkező információ, vagy nem passzívan várjuk az eseményeket? Hogyan tanuljuk meg a testünket mozgatni? Mi mindebben a hippokampusz szerepe? Buzsáki Györgyöt, a NYU Neuroscience Institute kutatóját, az első Agy-díj nyertesét kérdeztük kutatásáról a Magyar Idegtudományi Társaság konferenciáján tartott előadása kapcsán.

– Kutatócsoportja új megközelítésből vizsgálja az idegrendszer működését. Mi ez az új megközelítés?

– A mai kognitív idegtudomány pszichológiai örökségen, a pszichológiai megközelítés pedig a filozófián alapszik. Arisztotelész kétezer éve fogalmazta meg, hogy létezik például emóció, motiváció vagy éppen emlékezet, amit mi egy az egyben adaptáltunk. Később Hume és Lock, az empirizmus gondolkodói kimondták, hogy a tapasztalat mindennek az alapja. Ez a filozófia a pavlovi paradigmában is tisztán tükröződik. Elődeink úgy gondolták, hogy az agy egy passzív befogadó, megfigyelő szerv, amely a beérkező ingereket időben társítja, asszociálja. Ezen a nyomon haladt David Hubel és Torsten Wiesel is, akik munkájukért Nobel-díjat kaptak. Kimutatták, hogy a látórendszerben vannak orientációra, fényességre és határokra érzékeny neuronok, amelyek a látás alapfunkcióit létrehozzák.

 Ez a passzív érzékelés munkamodell évtizedek óta tartja magát, miközben világosabbá válik, hogy egy kép percepciója sokkal több, mint vonalak viszonya egymáshoz. Ez nem kicsinyíti az elődeink érdemét, hiszen akkor még nem értettünk nagyon sok mindent, amit ma már tudunk. Tudjuk, hogy egy komplex rendszert nem lehet egyszerűen az elemek egymás mellé illesztésével rekonstruálni.

 Elődeink által kitalált gondolati „dobozaink” vannak, amelyeket olyan szavakban fejezünk ki, mint „motiváció”, „figyelem”, „döntéshozás” vagy „tervezés”. Ezek a megnevezések mindjárt határvonalakat is kijelölnek a gondolatvilágunkban. A mai kognitív idegtudomány ezen örökség alapján olyan idegrendszeri mechanizmusokat, agyi struktúrákat keres, amelyeket hozzá lehet rendelni a gondolatvilágunkhoz. Ilyen megfeleltetés például az emócióhoz az amigdala (mandulamag) emlékezethez a hippokampusz, tervezéshez a prefrontális lebeny.

 De bármennyire is nagyszerű gondolkodóink voltak, honnan tudná előre az ember, hogy az agyban milyen típusú funkciók találhatók? Fordítva kell feltennünk a kérdést: az agyban létező funkciók vajon milyen módon osztályozzák a világot? Kutatócsoportommal belülről, az agyból kifelé haladva próbáljuk megérteni és rendszerezni a kognitív viselkedést.

– Hogyan működik az agyunk, ha nem „passzívan”?

– Az agy dinamikáját, az alapvető működését nem a tapasztalat hozza létre. A neuronok közötti huzalozás és kommunikáció e nélkül is működik, ezt látjuk például az izolált neuronhálózatokban is. A már ily módon meglévő rendszer aztán lépésenként átrendeződik, amikor az agy a testérzékelő szerveit működteti. Agyunk korántsem tabula rasa, a tábla tele van, de ezeknek a meglévő mintáknak nincs foganatja az agy számára, amíg az egyes mintákhoz nem rendelünk hozzá valamiféle jelentőséget. Ez egyfajta megegyezés a létező agyminták és a világ között.

 Nagyon sok evolúciósan jelenlévő mintázatunk van, például a patella  (térdkalács-) reflex. A memóriával kapcsolatban tudjuk, hogy a hippokampusz százezrével termel mintákat, akkor is, ha nem tanulunk. Ennek a rengeteg mintának csak egy része szerez valamilyen módon jelentőséget magának, méghozzá azzal, hogy annak a cselekvésnek, amelyhez kapcsolódik, következménye lesz. Ez lehet pozitív vagy negatív megerősítés az akciót létrehozó organizmus számára.

 Képzeljünk el egy hipotetikus izolált agyat. Ebben az agyban valószínűleg nagyjából ugyanolyan változások jönnek létre, mint az én agyamban. Például ébrenléti és alvási minták váltakoznak, a struktúrák között „információcsere” zajlik. Még sincs értelme. Menjünk egy lépéssel előre és most vegyünk egy másik hipotetikus izolált agyat, amelyhez minden érzékelő rendszer ad bemenetet, de ez az agy nem produkálhat kimenetet. Elvben ez az agy úgy működne, mint egy pavlovi agy, talán még társítást is lehetne létrehozni két inger között, mégse funkcionálna. Az információ akkor válik információvá, ha azzal tudunk valamit kezdeni. Az agy egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy meg tudja jósolni a jövőt, ennek megfelelően akciót hoz létre, kipróbálja a jóslatát. Ha jól működött, akkor rögzül.

– Ezt a feltételezést lehet valahogy tesztelni?

– Korábban a kutatócsoportommal megvizsgáltuk, hogy mi az idegrendszerben az első szervezetten megjelenő mintázat. Újszülött patkányok agymintázatát monitoroztuk. Ezekről azt kell tudni, hogy vakon, süketen és mozgásképtelenül születnek. Az első agymintázat, ami kialakul, egy, a formája miatt „orsónak” nevezett EEG jel. Az újszülött patkány agyában több másodpercig nincs aktivitás, aztán egyszerre megjelenik az orsó, majd újra semmi jel.

 Megfigyeltük, hogy orsó akkor jön létre, ha az állat izmai közül valamelyik aktívan vagy passzívan mozog. Attól függően, hogy mit mozgat: lábujjat, orrot, fejet, az ezeknek megfelelő, különböző agyi területeken jelenik meg az orsó. Ebben a korai stádiumban még nincsenek összeköttetések a testsémát reprezentáló agyvetületek között. Ez annyit jelenthet, hogy az agynak fogalma sincs, hogy a testünk egy labda vagy egy kígyó. Meg kell tanulnunk, hogy nézünk ki, hogy melyik testrészünk melyikkel kapcsolódik és mennyit kell mozdítani a kezünket, hogy elérjük az orrunk. Aztán ezt minden nap újra kell tanulni, mert közben folyamatosan növünk és ami addig tíz centi volt, az néhány hét múlva tizenöt lesz.

 Ahhoz, hogy mindezt megtanuljuk, mozognunk kell. Az izmok hozzá vannak rendelve a csontvázhoz, így a szabadsági fokok csökkentek. Az agonista és antagonista izompárok, mint például a feszítő és hajlítóizom a felkarban, időben egyszerre mozognak: ha én a felkarom feszítőizmát akaratlagosan megmozdítom, akkor a hajlító passzívan meg fog nyúlni. Az együttműködő izmok időben egyszerre aktiválják a megfelelő agyi területek reprezentációit, és ez az időbeni egybeesés az, ami létrehozza az együttműködő neuronok között az erősebb kapcsolatokat. Amikor ezen kapcsolatok kialakulnak, az agyi minták is átrendeződnek. Az agyi tevékenység folyamatossá válik, és éber állapotban nem jelentkezik többet az orsó. De nem tűnik el, hanem „internalizálódik”, azaz pont olyankor fog megjelenni, amikor nincs mozgás, azaz alvás során.

– Korábban említette, hogy a hip­po­kam­pus­zunk rengeteg mintát „gyárt” és ezek közül egyesek fontosak mások kevésbé. Hogyan működik ez?

– A hippokampusz éjjel-nappal működik, nem csak akkor, mikor „inger” éri. Ő az őrző szem, a parkolóban a kamera, amelyik mindent felvesz, de semmi érdekeset nem továbbít egészen addig, míg el nem lopják az autónkat. Állandóan leképezi az agyban zajló és a külvilágból érkező eseményeket, ha valami újdonság vagy váratlan dolog következik be, akkor eldönti, hogy érdemes-e megjegyezni vagy sem. Az epizodikus memóriának épp az a nagyszerűsége, hogy egyetlen társítással megtanítható. Míg a biciklizést ezerszer el kell ismételni, mire megtanuljuk, életre szóló élményeinket azonnal megjegyezzük, pedig csak egyszer következtek be.

 A hippokampusz tudat alatt újra és újra eljátssza az események fragmentumait, mialatt alszunk. Újra es újra megjelenik egy szuperszinkron minta, amit mi „meredek hullámnak” neveztünk el. Ez az időben összesűrített információcsomagocska, ami körülbelül egy tizedmásodpercig tart, kiemelkedik a háttérből, mint az üstdob a Carmina Buranában. Hogy mit jegyzünk meg, az attól függ, hogy milyen jelentőséggel történt az esemény. Az emocionális körülmény például jelentős, és az is, hogy korábbi információhoz tudjuk rendelni. Az agy tehát nem üres lap, amely várja az eseményeket, hanem állandóan produkálja a lehetőségeket.

– Végezetül egy kicsit személyesebb kérdés: miért éppen az idegtudományt választotta?

– Másodéves orvostanhallgató koromban Grastyán Endre előadásai lenyűgöztek. Az első nap után őt hallgatva éreztem, hogy mi lesz a jövőm. Ő lett a mesterem és egyik legjobb barátom.

 FERENC KATA

 

2016/8