Az agyi neuronok a tangó ritmusát idéző rezgésre járják a táncot és a Google Maps-hez hasonlóan kódolják a teret

Támogasd a tudomány népszerűsítését, segítsd a munkánkat!

Az idegsejtek nem véletlenszerűen és nem is a beérkezés sorrendjében adják át egymásnak az információt: működésükhöz a gamma oszcilláció adja meg az alapritmust, az arra lejtett tánc pedig leginkább a tangóhoz hasonlít – adta hírül a Science Advances szaklapban az ELTE kognitív neuropszichológusa, Nádasdy Zoltán által vezetett nemzetközi kutatócsoport. Bár korábban az számított tudományos alapvetésnek, hogy az idegsejtek tüzelési mintázata, vagyis az akciós potenciálok helye és ideje előre nem kiszámítható, Nádasdy tudóscsoportjának egy általuk kidolgozott elmélet segítségével sikerült bizonyítaniuk ennek az ellenkezőjét. Mint tanulmányukban írják, az idegsejtek kisülését a gamma oszcilláció úgy irányítja, ahogy a tangózó párok lépéseit a zene üteme. Hasonlatukat sajtóközleményükben azzal magyarázzák, hogy a kisülések, akárcsak a tangó lépései, szigorúan koreografáltak ugyan, de a táncparkett, vagyis az agy teljes területére kiterjedhetnek.

A gamma oszcilláció által meghatározott ritmus az egészségesen működő agyat például a térbeli tájékozódás képességével ruházza fel. Azt már korábban is tudták, hogy az emberek úgy tájékozódnak az őket körülvevő térben, hogy agyuk megalkotja a környezet neurális modelljét. Állatkísérletekben sikerült bizonyítani, hogy az agy a térben elfoglalt pozíciót, az úgynevezett helysejtek kisülésével, úgy jelzi, ahogy a navigációt igénybe vevő mobilhasználónak a kék pötty az aktuális koordinátáját a Google térképen. Ahogy a mozgásban lévő ember halad, úgy halad a mentális térképen az őt jelző kék pötty is az agyban, vagyis az akciós potenciál úgy halad végig, az útvonal mentén elhelyezkedő helysejtek kisülését okozva. 

Az alapritmus az időt és a teret is kódolja

Azt azonban mindeddig nem sikerült megfejteni, hogy a koordinátarendszer szerint zajló folyamatot az agyban mi irányítja. Nádasdy és kutatócsoportja ennek feltárására dolgozta ki a fáziskódolás elméletét amely az agyi gamma frekvencia rögzítése után pontos becslést ad a gamma terjedésére és sebességére, megjósolja a gamma fázis késését az agykérgen belül vagy az agy távoli részei között, továbbá jelzi az oszcillációk terjedéséből következő hálózati tulajdonságokat is. Ehhez a helysejteken kívül egy másik sejtcsoportot, a mentális koordinátarendszer kiépülésében kulcsfontosságú rácssejteket hívták segítségül. Megfigyelték ugyanis, hogy a rácssejtek a tér periodikusan ismétlődő pontjain sülnek ki. A tudóscsoport azt vette észre, hogy a kisülések fázisa a tér bizonyos pontjainak a környezetében a gamma ritmushoz képest állandó marad, attól eltávolodva szisztematikusan változik, és bizonyos távolságra újra állandó lesz. Ebből a ritmusból jön létre a környezetspecifikus térkép.

Így tájékozódik az emberi agy a térbenFotó: Nádasdy et. al.

Kísérletükben a kutatók epilepsziás betegeket vizsgáltak, az ágyhoz kötött betegek temporális lebenyébe elektródákat ültettek, amelyek egyedi neuronok működésének a vizsgálatát is lehetővé tették. A vizsgálatban részt vevő betegeknek számítógépes játékok segítségével kellett tájékozódási feladatokat végrehajtaniuk. A kutatás elsődleges célja az epilepsziás rohamok pontos helyének a meghatározása volt, ám közben az elektródák által gyűjtött adatok segítségével a téri navigáció és az emlékezet működését is vizsgálni tudták. Így figyelték meg, hogy bizonyos idegsjtek nemcsak a (többszörösen virtuális) tér meghatározott pontjain, hanem adott időben is kisülnek, ráadásul ez nemcsak akkor történt így, amikor a játékost szimbolizáló avatár egyenes vonalú egyenletes mozgást végzett, hanem olyankor is, amikor össze-vissza haladt a játéktérben. Nádasdy és kutatótársai szerint erre az lehet az egyetlen magyarázat, hogy mind a térbeli, mind pedig az időbeli periodicitást ugyanaz a ritmus koordinálja. Miután a ritmusnak gyorsnak is kell lennie, hogy a legapróbb térbeli elmozdulást is nyomon tudja követni, egyetlen lehetséges jelölt maradt, a gyors és folyamatos gamma oszcilláció.

A megfigyelés áttörésnek számít az alapvető agyi folyamatok megértésében, ráadásul visszaigazolja a Nádasdy és kutatócsoportja által kidolgozott új vizsgálati módszer, a fáziskódolás elvét is. Mindebből korántsem csak a tudomány profitálhat, az epilepsziások esetében ugyanis a gamma ritmus zavara okozza a rohamokban megnyilvánuló tüneteket. Az agyi gamma oszcilláció, amelyről a kutatók úgy gondolják, hogy kulcsszerepe lehet az idegi információ kódolásában, korántsem csak az emberi agy sajátja, a rovaroktól a főemlősökig minden élőlényre jellemző. További vizsgálata az agyi működés alapvetéseit tárhatja fel.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: