Mitől tört össze a tányér? Az élmény összeszerelése az összefüggéskereső agyban.
Az agy hihetetlenül érzékeny az összefüggések, leginkább az időbeli összefüggések, felismerésére. Ez időnként egészen furcsa élményt is okozhat. Egyszer tizedmásodpercekkel azután ejtett le és tört össze valaki a konyhában egy tányért a hátam mögött, miután én megnyomtam a mikrohullámú sütő bekapcsoló gombját. Határozottan az az érzésem volt, hogy a sütő gomb megnyomására a továbbiakban is tányérok fognak összetörni. Az agy ugyanis okságokat keres a környezetében történő fontos (ijesztő, fájdalma vagy kellemes) dolgok között. Erre a legjobb az, hogyha nagyon érzékeny az időbeli összeesésekre. Persze aztán az előző cikk megerősítő rendszerei is kellenek, hogy valóban fontos-e az éppen talált összefüggés.
De mi az az agyi mechanizmus, ami lehetővé teszi, hogy a másodperc töredéke alatti időbeli egybeeséseket kiszúrja agyunk? Judák Linda és kollegáinak munkája Rózsa Balázs laboratóriumából, mely a Nature Communications folyóiratban jelent meg feltárt egy idegsejtekben megfigyelhető jelösszegződési jelenséget, mely alkalmas időbeli összefüggések érzékelésére. A szerzőkkel készült riportot az Intézet hírei közt olvashatjátok.
Az eredmények a hippokampusz nevezetű agyterületről származnak. Korábban már írtunk a hippokampusz szerepéről, de most megint nekifutunk, egy kicsit más irányból annak, mi történik itt. Az egyes érzékszervekből (szem, fül, tapintás, szaglás, ízérzékelés, egyensúly), modalitásokból, érkező információk kezdeti feldolgozása külön-külön kezdődik. Az információ hamar eljut az agykéreg megfelelő területeire és több lépcsőben egyre bonyolultabb elemzésen esik át. A látórendszer esetében az alacsonyabb szinteken pontokat, vonalakat, később határokat, sarkokat, majd tárgyakat azonosít az agy. Később a tárgyak helyzete, mozgása, funkciója is azonosításra kerül. Hasonló többszintű feldolgozás történik a többi modalitás (érzékcsatorna) esetében is. Egy idő után azonban elkezdenek összekeveredni a modalitásokból származó információk, hiszen többet tudunk meg egy tárgyról, ha nem csak látjuk, hanem tapintjuk vagy szagoljuk is (a kicsi gyerek ugye mindent a szájába vesz, hogy alaposabban megismerje).
Ne feldjétek! Ha az egeret a képek fölé viszitek megjelenik azok felirata!
A hippokampusz az agynak az a központja, ahol a külvilágból érkező információk összefutnak, összeáll az adott pillanat élménye. Az asztalomnál ülve látom, hogy süt a nap, fúj a szél, de idebent kellemes meleg van, illatozik a tea és már kicsit elzsibbadt a hátsóm a sok üléstől. A hippokampusznak azonban nem csak az élmény összeszerelése a szerepe, hanem annak a memóriában való elraktározása is. De, mint feljebb láttuk nem jó minden lényegtelen dolgot megtanulni, mert tele lesz a fejünk haszontalan dolgokkal. Csak azokat a dolgokat érdemes megtanulni, amelyek fontosak a boldogulásunk szempontjából. Az előző cikkben bemutatott, az agy megerősítő rendszereitől érkező információ a hippokampuszba is eljut és segíti azt, hogy a közelmúltban átélt, az érzékszervi információkból összeszerelt élmény, ha fontos (jó vagy rossz) beépüljön a memóriába és később azonosíthassuk azokat a helyzeteket, amik várhatóan jó vagy rossz következményeket jeleznek.
Amikor a hippokampusz átkapcsol az élménygyűjtő üzemmódból a memória összeszerelő és raktározó üzemmódba, akkor elektromos aktivitása is megváltozik és ezt EEG-vel követni lehet. A felderítés során megfigyelt szabályos lassú hullámokat, amit théta aktivitásnak nevezünk felváltja egy lapos EEG, amiben időnként nagyfrekvenciás hullámok jelennek meg, melyeket éles-hullám-fodor aktivitásnak neveztek el. Ennek az angol rövidítése az SPW elterjedt, mi is ezt fogjuk használni. Korábbi kísérletek kimutatták, hogy az SPW-k elengedhetetlenek a memória kialakulásában. A gyors aktivitás alatt, mely egyrészt a jutalom-büntetés időszakában, másrészt alvás alatt jelenik meg, a korábban átélt fontos események időben tömörítve visszajátszódnak és beíródnak az agyba.
A memóriában tárolódó élmény kialakításának egy fontos eleme az összefüggések megtalálása két független helyről érkező, vagy gyorsan egymásután beérkező információdarab között. Egy átlagos agyi idegsejt tízezer feletti szinapszison keresztül kap bemenetet ugyanennyi idegsejttől, melyek az információ darabokat szállítják. Kutatóink azt vizsgálták milyen módon képesek az idegsejtek érzékelni ezeket az egybeeséseket. A hippokampuszban található számos sejttípus közül egy a parvalbumin (PV) fehérje jelenléte alapján azonosítható gátlósejt csoportot kezdtek el vizsgálni. Ez a sejttípus az egyik legfontosabb gátlósejt, mivel aktivitásával féken tudja tartani a serkentő sejtek működését, azáltal, hogy egyszerre több száz serkentősejt sejttestén létesít számos gátló szinapszist és ezáltal hatékonyan meg tudja akadályozni vagy összerendezni a sejtek kisülését (tüzelését).
A kísérletek során genetikailag módosított egerekbe beadott vírus segítségével a PV sejtekben kifejeztették a Ca2+ jel vizsgálatához szükséges GCaMP fehérjét, majd a képalkotáshoz a korábban bemutatott hullámvasút mikroszkópot használták. 3D mély agyi akuszto optikai (AO) képalkotással a vizsgálni kívánt sejtek dendritnyúlványaiban mérni lehetett a működés hatására kialakuló Ca2+ jeleket és megállapítani a jelek hogyan terjednek és összegződnek a sejtek dendrit rendszerében. Az optikai mérést mezőpotenciál (LFP, az EEG egy fajtája) elvezetéssel kombinálták, hogy az EEG megfigyeléséve a hippokampusz működési állapotát is megfigyelhessék és ehhez viszonyíthassák éppen mikor mi történik a sejtekben. A rendszer azáltal, hogy csak a dendritágakat tapogatta le nagyságrendekkel gyorsabban volt képes a dendritekben zajló, szinaptikus és elektromos aktivitás által kiváltott Ca2+ szint változásokat mérni, mint a korábbi kísérletek.
Kimutatták, hogy a SPW-k alatt gyors, rövid ideig tartó nagy átmeneti Ca2+ szint növekedés figyelhető meg a PV sejtek távoli, vékony dendritágaiban. Ezeket az eseményeket Ca2+ tüskéknek (spikes) nevezik és különösen erősek amikor időben összefüggő két egymás utáni SPW jelenik meg a hippokampuszban. A tüskék a kialakulás helyétől mind a sejttest, mid a dendritágak végei felé terjednek. Ráadásul, ha több ilyen tüske találkozik, terjedés közben még tovább erősítik egymást. Mivel a sejtekben a megemelkedő Ca2+ elősegíti a szinapszisok erősségének megváltozását, ez a jel azt mondja a sejten található szinapszisok számára, hogy most valami figyelemre méltó történt. Aki mostanában jelet kapott az erősödjön meg (azaz épüljön ki újabb memória elem)!
Ez a működési mód jelentősen növeli a PV sejtek jelfeldolgozási kapacitását, hiszen a jelek nem csak a sejttestre terjedve adódnak össze, hanem ha a dendrit egy részére két bemenet érkezik közel egyszerre akkor azok felerősödnek és úgy terjednek tovább. Azaz a sejtet képessé teszi pontos időbeli egybeesések érzékelésére.
Ezzel véget is ért 3 részes minisorozatunk a hullámvasút mikroszkópról, mellyel sokkal nagyobb sebességgel lehet az idegsejtek működését vizsgálni, mint az eddigi módszerekkel.
Szerző: Gulyás Attila