Az emberi agy néha igenis képes előre jelezni egy közeli hozzátartozó halálát

A Qubit a szabad és tájékozott magyar nyilvánosságért dolgozik. Segítsd a munkánkat!

Egy fiú hónapokon keresztül minden egyes nap meglátogatta a kórházban súlyos betegségben szenvedő, idős édesapját. Narancslevet vitt neki, segítette cserélni a pizsamáját, keresztrejtvényt fejtettek együtt, mesélt neki arról, mi történik otthon. Egyik éjszaka arra riadt fel, hogy valami történt a kórházban. Amikor aznap a kórterembe lépett, halálra sápadtan konstatálta, hogy édesapja már nincs ott, aznap hajnalban meghalt. 

Ami a fiú agyában történt, azt sokan misztikusnak vélik, és intuícióként írják le, pedig valójában az agy statisztikai tanulásának eredménye – mondja Németh Dezső kognitív pszichológus, egyetemi tanár, az ELTE-PPK–ELKH-TTK Emlékezet, Nyelv és Idegtudomány NAP Kutatócsoportjának a vezetője. „Az agyunk állandóan tanul. Ha mindennap bejárunk valakihez a kórházba, akkor megtanulja a színeket, a szagokat, a szem pupillatágulásainak a mértékét, a hang rezonanciáját, és még rengeteg minden mást. Ezeket nap mint nap feldolgozza, és ha egyszerre csak változást észlel, más egy kicsit a hangmoduláció vagy a pupilla, azonnal jelet küld. Ez nem tudatos észlelés, de attól még történik.” 

Az Emlékezet, nyelv és idegtudomány kutatócsoport: Németh Dezső, Pesthy Orsolya, Vékony Teodóra és Tóth-Fáber EszterFotó: Szücs-Bencze Laura

Az agy mint prediktív gépezet

Sokan sokféleképpen próbálták már megérteni, hogyan tanulunk, és hogyan vagyunk képesek emlékezni arra. amit tanultunk. Az 1930-as években az Egyesült Államokban megjelenő behaviorizmus a tanulást elsősorban a külső környezettel való interakcióként írja le. Ha valaki gyerekként hozzáér a forró sütőlaphoz, és megégeti az ujját, megtanulja, hogy ez milyen következményekkel jár és a jövőben kerülni fogja a tűzhely környékét. A behavioristák szerint kondicionálás segítségével, Pavlov híres kutyájához hasonlóan egyes viselkedéseket lehet bátorítani vagy visszaszorítani. Később Burrhus Frederic Skinner amerikai pszichológus dolgozta ki a reinforcement learning, vagyis a megerősítéses tanulás elméletét, vagyis azt a gondolatot, hogy jutalmazási és büntetési technikákkal kívánt és nem kívánt viselkedésformák sajátíthatók el. 

Az 1950-es években elindult irányzat, a kognitizmus képviselőit ehhez képest elsősorban a belső, mentális folyamatok érdekelték: a tanulást elsősorban olyan tudás- és képességszerző tevékenységként írták le, ami a jövőben adódó problémák megoldásához és jelenségek magyarázatához előhívható a memóriából. Viszont mindkét irányzat a viselkedés felől közelít a tanuláshoz, azt nem vizsgálják, milyen fizikai és kémiai folyamatok zajlanak az agyban. Ez elsősorban az idegtudomány egyik terepe, ami a tanulást rendkívül leegyszerűsítve úgy definiálja, mint az agyban változást okozó folyamatot. Ezek a megközelítések csupán az utóbbi néhány évtizedben kezdtek el érdemben beszélgetni egymással, és összekapcsolni tudásanyagaikat. 

A kognitív irányzatot erősítő, azonban alapvetően interdiszciplináris kutatásokban, vagyis az idegtudomány, a kognitív pszichológia és a kognitív neuropszichológia területein mozgó Németh szerint az agyról az utóbbi években olyan elmélet született, hogy az nem más, mint egy prediktív gépezet: „jelenlegi tudásunk szerint a fő funkciója az, hogy megpróbálja »bejósolni« a jövőt. A kutatócsoportunkkal mi ezt a bejósló tevékenységet próbáljuk felfejteni, vagyis azt, hogy az agy hogyan próbálja a világot megérteni, abban mintázatokat találni, erre modelleket felállítani, majd előre jelezni a jövőt”.

A Qubit ellátogatott a laboratóriumba, ahol a tanulás és emlékezet agyi folyamatainak forradalmian új részleteit tárják fel. Íme a helyszínen készült videó:

    Tehát az agy nem csupán külső vagy belső kényszerek és ösztönzők hatására sajátít el új dolgokat: nem tudatosan ugyan, de valójában folyamatosan tanul, és próbálja az ismétlődő környezeti mintázatokat letapogatni. „A szekvenciákat nagyon szépen tanulja az agy. Ezért statisztikai tanulás a neve. Ez tehát nem az, amikor a fizikus vagy a biológus tanulja a statisztikát, hanem amikor az agy próbálja az együttjárásokat a környezetből kivonni” – mondja Németh, aki kollégáival, Janacsek Karolina egyetemi docenssel, a labor másik vezetőjével, valamint Tóth-Fáber Eszter és Pesthy Orsolya doktorandusz hallgatókkal több tudományos publikációban is kifejtette a folyamat lényegét. 

    Átírhatjuk-e az agyban a rosszul rögzült szokásokat 

    Németh szerint a statisztikai tanulás nagyon fontos szerepet játszik a készségek, az automatikus viselkedések és a szokások elsajátításának hátterében: a biciklizés, a síelés, a mosogatás, a hangszer- és a nyelvtanulás bizonyos aspektusai, de még az olyan rossz szokások felvétele, mint a dohányzás is ide tartozik, és az is, amikor a gyerek nem tudatosan, de tökéletesen lemásolja, ahogy az anyja a fényképezőgépnek pózol. 

    Az ELTE TTK laborjában azonban nemcsak ezt vizsgálják, hanem azt is, hogy a készségtanulást hogyan konszolidálja az agy, vagyis hogy mennyire emlékszünk a tanultakra másnap, egy héttel vagy egy hónappal később, és hogyan tudjuk megszilárdítani a kialakuló emléknyomokat. Mennyi időre van szüksége például az agynak az emlékek létrehozásához, és van-e szerepe ebben az alvásnak? 

    Harmadik nagy kutatási témájuk, hogy ha már megtanultunk egy szokást és egy készséget, akkor felül tudjuk-e ezt írni, Németh kifejezésével élve át tudjuk-e huzalozni azt a fejünkben. A gyakorlati életre lefordítva ez annyit jelent, hogy ha például gyerekkorunkban Írországban tanultuk az angolt, és statisztikai tanulással rögzült az ír akcentus, akkor később sikerülhet-e rászoknunk az amerikai vagy éppen brit angolsággal ejtett szavakra. A rövid válasz szerintük az, hogy az új ismeretek nem „törlik ki” a korábbi emlékeket, és például ha visszakerülünk a környezetbe, ahol a régi szokást megtanultuk, az agy automatikusan előhívja a korábbi tudást. Ez hozzájárulhat ahhoz, miért olyan nehéz a szokásainkon változtatni, és miért lesz kitörölhetetlen az agyunkból az ír tájszólás.

    Mivel pedig ezek a kérdések gyerekkorban, felnőttkorban és időskorban is aktuálisak lehetnek, sőt bizonyos kórképek, a Tourette-szindróma, az autizmus, a demencia, a depresszió vagy éppen a különféle addikciók területén is újfajta terápiás módszerekhez járulhatnak hozzá, a kutatócsoportnak gyakorlatilag minden életkor tanulási sajátosságairól vannak adatai.

    A prediktív agy működésének kutatási területeiIllusztráció: Radó Nóra, Tóth Róbert Jónás

    Kisgyereknél ne erőltessük a törileckét, hagyjuk inkább csellózni

    Némethék vizsgálatai például arra jutottak, hogy sokkal fontosabb, mit mikor tanulnak a gyerekek, mint korábban gondoltuk. „Egészséges gyerekek részvételével végzett kísérletekben kimutattuk, hogy a készség jellegű tudásokat és az automatikus viselkedéshez kapcsolódókat jobb 12 éves kor előtt tanítani, míg a deklaratív emlékezetre építő, lexikális tudásanyagot jobb később. Tehát a sport, a zenei készségek, az idegen nyelvi vagy nyelvi készségek nagyon jól mennek gyermekkorban, ez felnőttkorra viszont picit gyengébb lesz. A frontális lebeny érésével, tehát 11-13 éves kortól lehet jobban koncentrálni a deklaratívabb emlékezeti funkciókra: a történelem, a biológia vagy a fizika tanítására. De ez nagyon általános, óriási különbségek lehetnek a gyerekek között” - mondja a kutató, aki szerint fontos az egyéni eltéréseket is figyelembe venni és vizsgálni.

    A labor mindenesetre nem csupán tipikusan fejlődő, hanem például Tourette-szindrómás gyerekek tanulási képességeit is vizsgálta. „Tóth-Faber Eszter kutatóval egy tanulmányban arra jutottunk, hogy az előfeltevések ellenére a Tourette-szindrómás gyerekek jobban teljesítettek a statisztikai tanulás terén, mint az egészségesek. Tehát ők nagyon jól tudnak készségeket tanulni – nem véletlen, hogy hírességek, művészek körében is szép számban előfordulnak. Ott van például Billie Eilish”. És habár a labor kutatásai elsősorban alapkutatásokat jelentenek, tehát nem ültethetők át egy az egyben a gyakorlatba, a tanulási folyamatok jobb elméleti szintű megértése a jövőben lecsoroghat a konkrét fejlesztési tréningek anyagaiba is.

    Sőt, segíthet abban is, hogy lebontson bizonyos közhiedelmeket, vagy abban, hogy új terápiás módszerrel lehessen kezelni eddig gyógyíthatatlan betegségeket. Némethék kutatási eredményei például jelentősen árnyalják azt a gyakran hangoztatott közhelyet, miszerint az elsajátított tananyagnak ülepednie kell, és jó, ha az ember alszik rá egyet, mint ahogy azt az agykutatási irányzatot is, amelyik azt mondja, hogy az aznap megtanultak az alvás során rendeződnek tartós memórianyomokká és rögzülnek az elmében.

    Némethék kutatócsoportja ehhez képest úgy találta, hogy az alvás a deklaratívabb emlékezet esetében hasznosabb lehet, mint a statisztikai tanulásnál. „Mi most már úgy látjuk, hogy az emlékezeti konszolidáció nem csak alvás alatt történik. Az egy nagyon jó terület, mert az agy nem kap más ingert, nincsen interferencia a különféle ingerek között, de valójában az emlékezeti konszolidáció azonnal megtörténik, mihelyt az agy tud egy kicsit pihenni” – mondja Németh. Tehát amikor ülünk a buszon és nézünk ki a fejünkből, vagy elbambulunk egy unalmas előadáson, akkor az agyunk valójában azonnal emléket szilárdít meg, szakszóval élve konszolidál.

    Ezért Németh szerint ha például kisgyerekek tanulnak valamit, utána hasznos lehet nekik pár perces nyugalmi periódus, amikor nem kapnak más ingert, mivel már akkor történik emlékezeti konszolidáció, és hatékonyabb lesz a tanulás. Azonnal hozzátette persze, hogy ez a mai világ mobiltelefonoktól átfűtött közegében szinte lehetetlen, és ez hozzá is járulhat a tanulási nehézségekhez. „A tanulság az, hogy egy tanulási periódus után jót tesz a szünet, amikor nem kapunk más információt, hanem mondjuk csak behunyjuk a szemünket. Ez nagyon segíti az emlékezeti konszolidációt.”

    Agyi stimuláció és demencia

    A labor a kutatásaihoz – a gyerekekkel végzett kísérleteket kivéve – non-invazív agyi stimulációs módszert is alkalmaz. Ez azt jelenti, hogy az okostelefonunkban lévő elektromágneses dózisnál kisebb, tehát nagyon enyhe váltóárammal stimulálják az agyhullámokat, ezzel megváltoztatják az egyes agyterületek közötti konnektivitást, és megnézik, milyen hatással van az agy stimulációja a tanulási folyamatokra.

    „Ennek a laborunkban alapkutatási jelentősége van, mivel azáltal, hogy ok-okozati összefüggéseket tudunk feltérképezni az agyban, jobban megértjük annak működését. Más módszerekkel, például elektroenkefalográfiával (EEG) vagy agyi képalkotó eljárásokkal arra vagyunk képesek, hogy képletesen szólva megnézzük, hogyan zenélnek egy zenekar tagjai. Ha viszont agyi stimulációt alkalmazunk, akkor el tudjuk azt érni, hogy a zenekar egy-egy részét időlegesen lehalkítjuk vagy kikapcsoljuk, és megnézzük, hogy mondjuk a hegedűsök nélkül hogyan hangzik a zene. Tehát tulajdonképpen így szelektíven tudunk agyi funkciókat vizsgálni és kicsit pontosabbá tudjuk tenni az agyműködés megértését” – mondja Németh.

    Enyhe elektromos / mágneses stimuláció hatása az agyraGrafika: Radó Nóra, Balázs Zsuzsanna

    Ezt a módszert mára nem csupán a kutatásban, hanem a terápiában is elkezdték alkalmazni: a transzkraniális mágneses stimulációt, a non-invazív agyi stimuláció egyik típusát például a Parkinson-kórban szenvedő betegek gyógyításában is bevetették már. Németh elmondta, hogy jelenleg egy nemzetközi kooperációs kutatásban ők a demenciát vizsgálják ilyen szemmel, és azt, hogy a demencia előszobájának számító enyhe kognitív zavarban sikerülhet-e elkapni a kognitív romlást, és nem invazív agyi stimulációs eljárás segítségével lassítani. Sajnos az eredményekre még olyan 3 évet várnunk kell, azt azonban elmondta, hogy németországi partnereik első eredményei egészen biztatóak. 

    Az agyi stimuláció forradalmasíthatja a sztrókterápiát 

    Hasonlóan biztató kísérleti eredményekről számoltak be a motoros, mozgásos készségek fejlesztése vagy újratanulása terén a sztrók utáni rehabilitációban, több kurrens kutatásban is tesztelik, hogyan lehet az agyi infarktus maradandó tüneteit nem invazív agyi stimuláció segítségével enyhíteni, vagy teljesen gyógyítani. A legbíztatóbb eredményeket eddig a transzkraniális egyenárammal végzett stimulációval és a transzkraniális mágneses stimulációval sikerült elérni. 

    Az eljárások segítettek növelni a motoros rehabilitációs tréningek hatékonyságát, ami annak köszönhető, hogy a stimulációs eljárások segítségével újra lehet építeni a funkcionálisan hasznos idegi kapcsolatokat, valamint jobban fenn lehet tartani a már meglévő összeköttetéseket. Ezek az eljárások Németh és Pesthy szerint hamar a mindennapos klinikai gyakorlat részévé válhatnak – ehhez már csak annyi hiányzik, hogy a kis mintán végzett vizsgálatok eredményét nagyobb betegcsoporton is visszaigazolják.

    Ha valaki szívesen részt venne kognitív kísérletekben (figyelmi és emlékezeti feladatok) és van szabad 90 perce, amikor a mobiltelefont ki lehet kapcsolni, és semmi és senki nem zavarja, kattintson ide. A videó és a cikk elkészítését a SCIENCE+ támogatta.

    A Qubit szerkesztősége azért dolgozik, hogy a magyar nyilvánosság hiteles, alapos és közérthető tudományos ismeretekhez jusson. Tesszük ezt politikamentesen, közszolgálati hevülettel, száznál több kutató és tudós bevonásával. Égető kérdések, dermesztő válságok és zavaros álhírek sűrűjében igyekszünk tartani a fáklyát immár havi bő hétszázezer olvasónknak. Cikkeink ingyen olvashatók, de nem ingyen készülnek. Segítsd a munkánkat!

    Kapcsolódó cikkek a Qubiten: