A kutatásotok szempontjából mennyire fontos, hogy hány százalékban használjuk az agyunkat?

A mi kísérletünk nem ebből a szemszögből közelít meg a problémát, hogy mekkora az agyi aktivitás és az egyes funkciók az agy mely részét aktiválják. Mi alulról építkezünk, így az idegrendszerben azokat az elemeket vizsgáljuk amelyek egy meghatározott aktivitást képesek létrehozni. Az én nézőpont nem az, hogy van egy cselekmény és hogy annak mi a motivációja, hanem a kis téglákat próbáljuk összerakni és utána meglátni a nagyobb képet.

Az idegsejtek aktivitásának mi köze van a gondolathoz?

Valóban nehéz elképzelni, de minden jel arra mutat, hogy azokból az idegi aktivitásokból születnek meg a gondolatok. Két idegsejt közötti kapcsolatról már sokat tudunk, de hogy abból hogyan születik meg egy gondolat, azt még nem ismerjük. Valószínűleg nem kettő kapcsolatából, hanem nagyon sok sejt kapcsolatából és azok csoportos aktivitásából jön létre. Ennek a folyamatnak a feltérképezése és megértése nagyon bonyolult feladat, hiszen nagyon sok elemet és változót kell vizsgálni és figyelembe venni.

Ha a kísérleteket állatokon végzitek, milyen „gondolatokat" tudtok vizsgálni?

A rágcsálók agya nagyban hasonlít az emberére, a legtöbb idegsejt típus mind a két fajban megtalálhatók, ezért alkalmasak a vizsgálatokra. Bár a sejtek kapcsolati rendszere másképp alakult a patkányoknál, mint az embernél, azért a patkányok is képesek nagyon bonyolult feladatokat megoldani. Ilyen többek között a mindennapi életében való navigálás. Már ez is egy nagyon bonyolult feladatsor. Kicsit nehéz elképzelni, de onnan már nincs annyira messze, hogy létrehozunk egy gondolatot, legalábbis most ez az elképzelés. Bár nem vagyunk a tudatában, mégis minden egyes lépésünk egy nagyon bonyolult folyamatnak az eredménye.

Bár alulról építkeztek, tehát az egyes idegsejtek közötti kapcsolatot vizsgáljátok, mégis fókuszáltok egy bizonyos agy terültre.

A hippokampusszal foglalkozunk, ez az agynak az a területe, amelyik a memória bizonyos formáival kapcsolatos. Ez a terület felel azért, hogy meg tudjunk különböztetni két egymáshoz hasonló dolgot. Például itt vannak ezek a cukorkák, első ránézésre ezek csak cukorkák, de mégis meg tudjuk őket különböztetni: kicsit másképp áll rajtuk ez a zöld szalag, más a celofán színe stb. Ez egyszerre két funkció, ami a hippokampuszon egyszerre történik meg: egyrészt felismerjük, hogy mindegyik cukorka, másrészt észleljük a különbözőségüket is. Mindig azt használjuk, amire éppen szükségünk van: az azonosságot vagy a különbséget keressük. Az egyiket úgy hívják, hogy mintázat szétválasztás, ami azért fontos, mert ha valamit meg tudunk különböztetni, akkor azt meg is tudjuk tanulni. A gyerek is először mindegyik négylábú állatra azt mondja, hogy vau-vau, de aztán megtanulja szétválasztani őket: cica, kutya stb. Tíz éves korukra pedig még a kutyafajtákat is képesek lesznek megkülönböztetni. Vagy mint amikor megtanulják az összes dinoszaurusz nevét, ez is egy mintázat szétválasztása alapján történik. Ez a tanulás egyik alapvető modellje.

Ez a folyamat tetten érhető két idegsejt közötti kapcsolatban?

Andrási Tibor felvétele

Igen, hiszen minden onnan indul ki, hogy az egyik idegsejt átad egy információkat a másiknak. Ez a tanulás alapja, hiszen az idegsejt hálózat úgy dönti el, hogy melyik információ fontos, hogy akkor az adott két idegsejt között megerősödik a kapcsolat, vagyis A-ból B-be sokkal hatékonyabban fog átmenni az információ.

Lehet irányítani, edzeni, hogy minél több idegsejtünk között legyen ilyen megerősödött kapcsolat?

Ez nem jelenti automatikusan az agyunk edzettebbségét, mert minden ilyen megerősödő kapcsolat valaminek a kárára alakul ki. A mai világunk nagyon más, mint mondjuk 50 évvel ezelőtt. Tehát amikor annak idején mezítláb szaladgáltak a gyerekek a tarlón, akkor fontos volt tudniuk, hogy hova lépjenek, ám a mai gyerekeknek erre az információra nincs szükségük, viszont arra igen, hogy a tévéből jövő információkat értelmezzék. Éppen ez a lényege az agyi funkcióknak. Az agyunk nagyon plasztikus, tehát képes alkalmazkodik az adott környezethez és képes az onnan érkező kihívásokra válaszolni. Megvan benne az a kapacitás, hogy reagálni tud az új helyzetekre.

Minden élőlény agya rendelkezik ezzel a plaszticitással?

Bizonyos szinten minden agynak van plaszticitása. Tehát például egy csiga is képes megtanulni dolgokat, de hatékonyság tekintetében messzemenőlég az emberé a legjobb. Hosszú evolúciós fejlődésre volt szükség ahhoz, hogy a mai ember agya képes legyen az adott világ kihívásainak megfelelni. Ezért tart sokáig az ember esetében míg egy gyermek felnő. Sőt, még 30-40 éves korunkban is képesek vagyunk tanulni és új helyzetekhez alkalmazkodni.

Hogyan jöhet létre az információ átvitel két idegsejt között?

Brunner János és Andrási Tibor felvétele

Vegyünk például két sejtet, melyek között a szinaptikus kapcsolat kétféle lehet: serkentő vagy gátló. A tanulás során az egyes kapcsolatok súlya tud változni, erősödni vagy gyengülni.

Ezek szerint az hogy egy sejt serkentőként vagy gátlóként viselkedik az állandó?

Vannak kivételek. Például a kandeláber sejtről mindenki azt gondolta, hogy a leghatékonyabb gátlósejtek, mert olyan helyeken helyezik el a szinaptikus kapcsolataikat, ahol a legérzékenyebb a sejt aktivitása a gátlásra. Egyébként elsőként Szentágothai János írta le a kandeláber sejteket és szintén egy magyar tudós Somogyi Péter találta meg, hogy ezek a kandeláber sejtek nagyon speciális helyen létesítenek kapcsolatot más sejtekkel, el is nevezte őket axonikus sejteknek.

Szegeden te is ezeknek a sejteknek a vizsgálatával foglalkoztál.

A Szegeden végzett vizsgálataink során kiderült, hogy a kandeláber sejtek nem mindíg a leghatékonyabb gátlósejtekként működnek, hanem az előtörténetüktől függően változtatni tudják a hatásukat, így akár serkenteni is tudnak. Nagyon érdekes felfedezés volt, hiszen ez csak erre a sejtre jellemző. Ennek valószínűleg az az oka, hogy ilyen speciális helyen van a szinaptikus kapcsolatuk. Tehát a hatásuk – gátolnak vagy serkentenek - nem csak magától a kapcsolatától függ, hanem a követősejtek agyi aktivitásától is.

Ezt tudnád egy picit részletezni?

Van két sejt A és B. Az egy A axonikus sejt, aki kapcsolatot létesít egy másik, B sejttel. Ez a hatás – lehet plusz vagy mínusz –, mely attól függ, hogy a B sejttel mi történt az előző időszakban. Ezt nem nevezzük a sejt emlékezetének, mert csupán 150-200 ezredmásodperc korábbi eseményekre reflektál. Tehát az emberi reakció időn belüli időtartamról van szó, ezért mondjuk inkább: a kontextustól függ. A kontextust pedig az határozza meg, hogy más sejtek mit csináltak ezzel a B sejttel.

Mennyire meghatározó ez a jelenség, amit kimutattatok?

Sok idegsejt van az agyban, melyek nagyon bonyolult hálózatba vannak egymással, ráadásul ez a hálózat, mint már korábban említettem, nagyon plasztikus. Számos hasonló mechanizmus van az agyban, amelyek tudják befolyásolni az agyi aktivitást. Ez csupán egy a sok közül. Szerintünk ez egy nagyon fontos mechanizmus, azonban vannak hasonló jelentőségű, de más folyamatok is az agyban. Szerintem éppen azért kell ezzel sokat foglalkozni, hogy képesek legyünk egyszer összerakni ezt a bonyolult rendszert.

Nincsenek rangsorok az idegsejtek között?

Minden egyes sejt egyszerre tekinthető egy karmesternek és zenésznek. Hogy miért nem lesz mégis zűrzavar az egy nagy kérdés. Gyakorlatilag ha most az összes sejt agyi aktivitását megnézzük, akkor nem értjük, hogy mi történik. Például a patkány hippokampusza néhány millió agysejtből áll. Ezek a sejtek úgy vannak egymással kapcsolatban, hogy egy sejt tízezer másik sejttől kap információt vagy vezényszót, ugyanakkor ő is tízezer másik sejtenek küld információt. A történetet tovább bonyolítja, hogy még az is változik milyen erősen szól rá arra a másik sejtre. Tehát egy sejt egy időablakban rengeteg információt kap, ezért fontos, hogy tudjuk változtatni a szinapszis erősségét, mert az fog érvényesülni, aki a legerősebb szól vagy együtt működik más bejövő információkkal és úgy hoz létre egy új információt.

Térjünk vissza a Lendület program keretében végzett kutatásotokhoz, melynek területe a hippokampusz. Számos idegrendszeri megbetegedés elsőként itt okoz elváltozásokat.

Ehhez a területhez köthető például az epilepszia egy bizonyos formája, ami ráadásul nagyon nehezen reagál a gyógyszeres kezelésre. Annyira bonyolult elváltozások vannak egy epilepsziás beteg agyában, hogy jelenleg szinte feltérképezhetetlennek tűnik. Előfordul, hogy valaki beüti a fejét, megsérül néhány idegsejt és ettől lesz beteg. Az agy persze próbálja ezt kompenzálni, azonban ez újabb elváltozásokat okoz, amit újra korrigálni próbál az agya, vagyis nagyon sok minden átrendeződik az agyban. Az epilepszia esetében gyakorlatilag az történik, hogy az idegsejtek túl aktívak lesznek: túl sok serkentés érkezik vagy a gátlás aránya változik meg. Mert ha túl sok gátlás történik és mindnek egyszerre lesz vége, akkor hirtelen sok idegsejt lesz egyszerre aktív. Mivel maga a rendszer és a kompenzáció is bonyolult, ezért sok esetben képtelen önmagát rendbe hozni. De éppen a kompenzációs folyamatok miatt sokszor azt is nehéz megmondani, hogy mi a kiváltó oka az epilepsziának, mi az ami elindította ezt a kompenzációs mechanizmus és melyek azok a folyamatok amelyekkel a rendszer próbálja magát korrigálni. Ezért lenne fontos, hogy megértsük hogyan működik ez a rendszer alaphelyzetben, ki kivel van kapcsolatban és az adott kapcsolatnak mi a szerepe. Ha tudjuk, hogyan működik, akkor már mesterségesen lehet gátolni vagy serkenteni, és lehet vizsgálni azt, hogy mely változássorok vezetnek el az epilepsziához.

A gátló és serkentő sejtek száma megegyezik?

A hippokampuszban jelenleg 23-féle gátlósejtet ismerünk, amiket különböző típusokba lehet sorolni. Vannak olyan tulajdonságok, melyek alapján egy osztályba sorolhatók. Serkentősejt típusból viszont csak egy vagy néhány van egy adott területen belül.

Nem meglepő ez az arány?

Gátlósejt típusból valóban sokkal több típus van, de a darabszámuk jóval kevesebb. A sejtek 80-90%-a serkentő, a maradék pedig a gátló. Ennek valószínűleg az lehet az oka, hogy a fő információ hordozók azok a serkentő sejtek és az ő információhordozó képességüket befolyásolják a sokféle gátlósejtek. Mindemellett az is nagyon fontos, hogy a serkentősejtek általában hosszú távú kapcsolatokkal rendelkeznek, tehát két távoli sejtet kötnek össze. A főinformáció a serkentő sejteken megy keresztül. Visszatérve a cukorkás példához, a serkentő sejtek döntik el, hogy most a narancsszínű cukorkáról vagy a citromsárga cukorkáról szállítanak információkat. A gátlósejtek viszont az egész folyamat aktivitását fogják szabályozni, abban a rendszerben amiben erről a két cukorkáról van szó. Az egyedi információ a serkentősejteken megy keresztül, viszont az információ átjutását a gátlósejtek szabályozzák. Bár ez jelenleg még csak hipotézis, a későbbi kutatások ezt akár cáfolhatják is.

(Az interjút Kőhegyi Ilona készítette)