Szürke Állomány, Blog az agyműködésről

Ez lesz egy időre az utolsó #agytechnikák bejegyzés, de erre még szükség van ahhoz, hogy visszatérhessünk az #agyséta rovat megakadt gondolatmenetéhez, amiben az agykérgi területek (meta-hálózatok) dinamikáját mutatjuk be.

Egy idegsejtre másodpercenként sokezer serkentő és gátló szinaptikus áram érkezik, melyek bonyolult módon hatnak kölcsön. Az áramok a dendriteken terjedés közben erősödhetnek, gyengülhetnek, gyakran kalcium tüskéket váltanak ki. 

A fiziológiai módszerek lajstromozása környékén bemutattam a transzgenikus technológiával sejtekben kifejezhető Ca érzékelő molekulákat (szenzorok, GCaMP család), melyek lehetővé teszik nagy sejtpopulációk aktivitásának, illetve egyedi sejtek jelintegrációs folyamatainak mérését. Azonban számos más optikai szenzor-molekula család létezik. Ezeket mutatjuk be ebben a bejegyzésben. Az optikai szenzorok erőssége, hogy képalkotó eljárásokkal, fénysugarakat rögzítő kamerákkal gyorsan, 2 vagy 3D képet lehet nyerni egy nagy terület, pl. egy agykérgi terület vagy kisebb állatok esetében az egész agy aktivitásáról.

Még mindig robog az MTA 200 programsorozata, amivel a 200 éves fennállását ünneplő Magyar Tudományos Akadémia emlékezik meg megalapításáról. Ajánlom mindenkinek időnként vessen egy pillantást a programokra. 

Itt például egy kisfilm az Akadémia első 200 évéről.

A genetikai módosítás régen hosszú, drága és kiszámíthatatlan folyamat volt, mert a zigóta sejtmagjába injektált, vagy vírusokkal bevitt DNS darabok véletlenszerűen épültek be a genomba. A legjobb esetben szépen működött, amit terveztünk, mellékhatások nélkül. Leggyakrabban nem kaptunk génkifejeződést. De igen sokszor az is előfordult, hogy a génkifejeződés megtörtént, de a bevitt konstrukció a véletlen beépülés miatt, egy másik génbe szúródott be, ezzel megváltoztatva szabályozását, vagy tönkretéve a gén strukturális részét. Ezzel a transzgénikus állatnak egyéb tulajdonságai is megváltoztak. Nem árt, ha az ember tisztában van ezzel a lehetőséggel, amikor transzgénikus állatot használ. Csak olyat érdemes, ami alaposan tesztelve volt (az persze egy filozófiai kérdés, lehet-e minden, akár ismeretlen változásra is tesztelni). 

Mik azok az organoidok és mire jók? Nevük organ-oid, magyarul szerv-szerű, azt jelenti, hogy olyan tenyésztett, összetett szövetképződmények, melyek igazi szervekre hasonlító felépítést mutatnak. 

Az idegrendszeri betegségek nagy része nem egyetlen hibás gén miatt alakul ki, hanem sok száz vagy ezer, önmagában betegséget nem okozó apró genetikai variáns szerencsétlen kombinációja miatt. Ezért hívjuk őket poligénes (sokgénes) betegségeknek. Ide tartozik például: skizofrénia, major depresszió, bipoláris zavar, autizmus spektrum zavar, ADHD, Alzheimer-kór korai rizikóvariánsai, szorongásos zavarok és az addikciók genetikai hajlama.

Az „omics” gyűjtőfogalom olyan módszerekre, amelyek egyszerre több ezer komponenst mérnek. Nagy áteresztőképességű molekuláris térképezés, mely előbb üt, aztán kérdez. Azaz rengeteg adatot gyűjt be, majd utána big-data elemzésekkel feltárja az összefüggéseket. 

•    genomika – teljes DNS
•    transzkriptomika – összes mRNS
•    proteomika – összes fehérje
•    metabolomika – anyagcsere-molekulák
•    lipidomika – lipidfajták profilja
•    epigenomika – kromatinállapot, DNS-reguláció

Abban a felemelő Karácsonyi-Újévi élménben volt részem, hogy talán a sok beiglitől, elindultak bennem a Herpes zoster vírusok, és egy meglehetősen fájdalmas, nyaki-felkar-váll-hát övsömör formájában lecsaptak rám. Akinek még nem volt leírom a tünteket, akinek volt, már ismerős.

Emlékeztek még arra, a hőskorban hogyan néztük meg mely agyterület van összeköttetésben egy másikkal? Nyomkövető anyagokat, vagy kicsit később vírusokat adtunk be egy-egy agyterületre, majd immunfestéssel kimutattuk, hogy egyes sejtek hova küldik axonjaikat. Ezekkel a módszerekkel egyedi kísérletekkel lehetett felderíteni, hogy egy terület hova vetít (anterográd jelölés), vagy mely területek vetítenek egy helyre (retrográd jelölés). Az agyban azonban sok terület van, és a kombinatorikus robbanás miatt ezeket rengeteg lehetséges pálya kötheti össze. Arról nem is beszélve, hogy tapasztalatink szerint, egy agyterület különböző sejtcsoportjai más célterületre vetíthetnek. Szükség volt tehát olyan módszerekre, melyek egy menetben rengeteg vetítést derítenek fel, és még a kiinduló sejtek típusát is meghatározzák.

Kedves olvasók!

Végre sikerült behozni a lemaradásomat és igaz csöppnyit késve, de mindenkinek sok jó könyvet, békességet és nyugalmat kívánok az idei év hátralevő napjaira és a jövő évre.

És akkor most lassú nyugalmas tempóban vágjunk bele az utóbbi években kidolgozott mérési és kísérleti módszerekbe. Megnézzük részleteikben hogyan működnek és mire használhatók.

Az előző bejegyzésben olyan molekuláris genetikai módszereket mutattunk be, melyek a sejtek és szövetek állapotának megvizsgálására voltak alkalmasak. Ha valamit megvizsgálunk, ismereteket szerzünk róla, összefüggéseket tárunk fel. De, mint azt már sokszor emlegettem, ha szigorúan tudományosak akarunk lenni, akkor meg kell különböztetni az összefüggést az okságtól. Azaz, nem elég azt látnunk, hogy A és B együtt fordul elő, azt is meg kell vizsgáljuk, hogy A okozza B-t, fordítva, közös okuk van, vagy véletlen az összefüggés. Ezt ugye úgy tehetjük meg, hogy egy kísérlet során megváltoztatunk valamit, és ennek következményeit vizsgáljuk, nem csak megfigyelünk. A mai bejegyzésben azt mutatom be hogyan működnek azok a célzott és kifinomult genetikai beavatkozó módszerek, amiket már lassan rutinszerűen használunk.

Southern, Northern és Western blot: a molekuláris információ három lépésének klasszikus vizsgálati módszerei

Mindhárom klasszikus laboratóriumi módszer, amelyek mind ugyanarra az alapelvre épülnek: egy bonyolult keverékből kiválasztani és azonosítani egy meghatározott biomolekulát.

Vegyünk egy csapat gyereket. A feladat az, hogy válogassuk ki azokat akik olvasni szeretenek, és azokat akik monjuk focizni. A megoldás egyszerű, engedjük be őket egy terembe, melynek egyik végén labdák, másik végén könyvek vannak, majd startjelre hagyjuk őket futni, amerre szeretnének. Hamarost a terem egyik végén a focisták, a másik végén a könyvmolyok, a közepén meg a sánták, mélabúsak és álmosak maradnak. No a molekulákat is iyen "ösztönzőkkel" válogatják szét.

Az előző bejegyzésben lajstromozott technikákhoz képest számos területen történt jelentős fejlődés:

• a) célzottan, pontosan, sejttípusokat megcélozva lehet géneket változtatni, javítani, akár nagy méretű transzgéneket bevinni;
• b) külső behatással, fénnyel, vegyületekkel lehet géneket, receptorokat vagy ioncsatornákat időlegesen vagy tartósan ki-be kapcsolni;

Az #agytecnikák rovatban, meglehetősen régen, körbejártuk az anatómia és fiziológia módszereit. Itt az ideje, hogy a molekuláris/genetikai módszereket is bemutassam. Jó nagy falat. A régi, klasszikus technikáktól indulok, és eljutok a legmodernebb, 2020–2025 között megjelent eljárásokig. Hatalmas a fejlődés, számos régi anatómiai és elektrofiziológiai módszert is leváltanak már ezek a technikák. Először egy kicsit ámokfutás szerű lajstrom következik a technikákról, majd részletesebben is elmerülünk a fontosabb módszerek működésében és lehetőségeiben.

Kezdjük azzal, hogy miért is van szükség molekuláris-genetikai technikákra, mire is használjuk őket, mit tudhatunk meg segítségükkel.

Semmelweis Egyetem Kerpel Tehetséggondozó Program keretében megrendezett Tehetséggondozó Nap keretében november 19-én és 20-án az SE 530 diákot fogadott. Ebből, a korábbi évekhez hasonlóan a kutatás iránt érdeklődő középiskolások csoportja ellátogatott Intézetünkbe . 

Idáig eljutottunk oda, hogy megmutattuk a két állapotban milyen időzítésben  történnek a dolgok egymás után, de azt hogy miért, azt még nem értettük. Ugye hálózatot vizsgálunk, a hálózatoknak pedig vannak csomópontjai és élei, sejtjei és szinapszisai.

Ezzel a kérdéssel fejeztük be: "Hogyan tud ugyanaz a hippokampáis idegsejthálózat több különböző aktivitásmintázatot előállítani?"
Ezt a kérdést vizsgáltuk majd egy évtizedig. Megválaszolásához az in vitro agyszelet technikát használtuk. A hippokampuszból 600 µm (0.6mm) vastag agyszeleteket lehet készítni, melyekben több tízezer sejt őrzi meg kapcsolatrendszerét, és megfelelő körülmények biztosítása esetén működését.

Hogy kerül ide a tengericsikó? Hát úgy, hogy az agykéreg legősibb, legegyszerűbb szerkezetű része keresztmetszetben egy olyan dupla kanyart alkot, ami a régi anatómusokat a tengericsikóra emlékeztette, ezért annak latin neve után hippokampusznak nevezték el.

 Az EEG és a viselkedés összefüggése I. bejegyzésünkre érkezett egy kérdés, amire inkább egy külön #agykérdések bejegyzésben válaszolok. 

" Hol van a mérő áramkör földje? Miféle áram folyik? == > Mennyi legyen a mérőfej ellenállása? Biztos vagyok benne hogy ezt öntől tudom a legjobban megkérdezni. "

Az előző bejegyzésben a szabályos EEG mintázatok ismertetésével fejeztük be. Az EEG-ben megfigyelhetők nem szabályos jelalakok is, mint például a delta hullámok mellett megjelenő K komplexek, illetve a hippokampuszból elvezethető éles-hullámok, vagy az epilepsziás rohamok során megfigyelhető tüskék.

A Magyar Tudományos Akadémia idén is megünnepli a tudást. Intézetünk rendezvényére 2025. november 10-én kerül sor a Magyar Tudomány Ünnepének keretében. 

Elsőként nézzük meg milyen EEG aktivitás mintázatokat lehet az agyban megfigyelni, mikor és hol fordulnak elő.

Hans Berger 1924ben írta le, hogy az agy elektromos aktivitást mutat. Ekkortájt fejlődött odáig az elektronika, hogy megfelelő erősítőkkel, az idegsejtek működésének eredményeként a koponya felszínén megjelenő igen kis feszültségeket (20-100 µV) viszonylag nagy sebességgel mérni lehessen. Az első általa megfigyelt Electroencephalográfiás, azaz EEG mintázatot alfának nevezte el.

A második rész (Az idegsejthálózatok működése) fejezeteiben bemutattuk azt, hogy egy idegsejtekből szerveződő hálózat lehet előrecsatolt és visszacsatolt. Szerkezetétől függően képes egyszerű döntésekre, vagy tanulás útján a döntéseket módosítani. A mátrixmemóriánál megtudtuk, hogy egy hálózat képes lehet 1) információt előhívni, 2) információt tárolni 3) információt feldolgozni, manipulálni. Azaz asszociációkat, társításokat végezni, melynek eredményeként képes a) mintázatokat átalakítani, egy mintázathoz egy másikat rendelni, b) mintázatokat előhívni, c) mintázatsorozatokat előállítani, d) mintázatokat kiegészíteni, e) elválasztani (kategorizálni, ortogonalizálni); esetleg ennek ellentéteként f) éppenséggel mintázatokat általánosítani (több mintázatot is ugyanabba a csoportba sorolni). 

Viktor másik kérdése is a tudat furcsaságaira kérdez rá:
„Sajnos későn, már ötven után értesültem véletlenül egy cikkből, hogy vannak, akik látnak agy által „vetített képet”. Afantáziának nevezik ennek hiányát, első nekifutásban ez a fantázia hiányát sugallja. Nem tudom megkülönböztetni, milyen lenne, ha látnék „vetített” képet, ezzel a fantáziám mennyivel lenne jobb. (Egyesek személyes beszámolóiból tudom, hogy pl. elképzelnek egy „hülyeséget” és ezt látják maguk előtt megtörténni, és hangosan hahotáznak ezen. Sajnálom, hogy ez nekem kimarad - minden bizonnyal vidámabban telnének a mindennapok. „Hülye” jelenetet is ki tudok találni, csak nem látom „kivetítve”.) Szerintem az afantáziások agya nem másmilyen, feltételezem, minden ember fizikai felépítése megegyezik. Mint érintett, pl. ugyanúgy vissza tudok idézni egy tárgyat, jelenetet, mint akinek az agya segítségképpen „kivetít”. Szerintem az afantáziás agy ugyanúgy működik, ugyanabból a „tárolóból” idézi vissza az információt, csak az „én” nem látja. Kíváncsi lennék, mit mond erről a tudós, a szakember.”

Viktor nevű olvasónk keresett meg két igen jó kérdéssel. A két kérdésre ebben és a következő bejegyzésben válaszolok. Külön, mert mindkettő összetett és mély, hoszabb választ igényel. Ráadásul mindkettő nagyon jól illik a negyedik évad témájához, mely a tudatosság kialakulásáról és viselt dolgairól szól. 

„Több forrásban is találkoztam egy érdekes jelenséggel: van amikor az agy felülírja a valóságot - ebben az esetben megváltoztatja az események sorrendjét az éntudat felé: vészhelyzetben, amikor gyorsabban kell dönteni, mint a feldolgozási sebesség: amikor pl. sikeresen kerültem el, hogy elüssek valakit, mert „fúú de gyors voltam”. A gyakorlatban az történt, hogy a szem érzékelte, agyi mechanizmusok döntöttek (félrerántottam a kormányt), majd utána tudatosult - de már úgy, hogy én voltam, aki döntött. :)  Ezt a jelenséget ön egészen biztosan ismeri, és még jobban tudja szemléltetni. Részemről ez szerint az agy az éntudat felett áll - elhiteti az éntudatot, az énképet a személlyel. Kíváncsi lennék, mit mond erről a tudós. (Egy társaságban felmerült, talán a telepátiára is ez a válasz, a „gondolok rá, és felhív'', „Jééé, éppen gondoltam rád”: az agy „játszik” az éntudattal (akár csak „így jön ki”, ahogy az álmok véletlenszerűsége.))”.

Elértünk az #agyséta utolsó szakaszához. Az idegsejtek, a hálózatok, az agyi metahálózatok után továbbhaladunk és megnézzük hogy az agyterületek pillanatonként változó kölcsönhatásából hogyan áll össze a tudatosság, az Én, a világ átélése, hogyan táncolnak a gondolatok és hogyan csillognak az agyi mintázatok.

Amit a fentiekben összefoglaltunk, az megfelel egy közepesen fejlett emlősállat érzékelésének, tervezésének, döntéseinek, tanulásának és az azokban résztvevő visszacsatolásoknak. Az emberi agy evolúciója során azonban megjelent egy nagyon fontos új visszacsatolás a homloklebeny továbbfejlődése során.

Az előző bejegyésben bemutatott többszintű reprezentáció megtalálható az agyban is. Az elsődleges érző kérgektől az érzékszerv-független asszociációs területekig az információ sejtcsoportok akciós potenciál mintázatában hordozódik, de területenként más a jelentése (a reprezentáció módja). 

Fussunk még egy kört a mintázatok, a kódolás és a reprezentációs szintek fogalmaival.
A korábbiakban, amikor az idegsejtekről volt szó, a recehártyát, a szem fényérzékeny rétegét a CCD-chiphez, a telefonok és digitális fényképezőgépek képrögzítő egységéhez hasonlítottam. Ahogy a CCD kamera, úgy a szemben található idegsejtek is digitalizálják a világot, alacsony és magas jelszintek által kódolt számokká alakítják, majd ezekkel végeznek műveletet.

Az AgySétában eljutottunk a harmadik rész, a harmadik szerveződési szintlépés bemutatásának végére. Foglaljuk össze mit is tanultunk, mi újat tudnak a második szintű agyi (meta)hálózatok az idegsejtekhez (első rész) és (kis)hálózatokhoz (második rész) képest.

Hamarosan indul a Kutatók Éjszakája (szeptember 26-27). Kedvcsinálónak megnézhetitek a HUN-REN KOKI YouTube csatornáján a korábbi évek előadásait, melyek a különböző országos rendezvények keretében az Intézet kutatóinak munkáját mutatják be, közérthető módon.

Az eselményen Intézetünk szeptember 26.-án a következő előadásokkal és laborlátogatásokkal vesz részt.

Most hogy átvészeltük a jutalmazási rendszer irányításával működő felügyelt tanulás rendszerét és módszereit, nézzünk példákat is a működésére. Egy ingerre vagy egy cselekedetre adott válasz, vagy annak hiánya többféle kimenetellel (jutalom, büntetés, vagy ezek elmaradása) járhat, és ennek megfelelően eltérő módokon tanulnak az érintett agyi területek.

Idén szeptember 26-27-én kerül megrendezésre a  Kutatók Éjszakája 2025, melyhez a KOKI is csatlakozik előadásokkal és laboratórium látogatásokkal.

Nézzük akkor a dopamin második hatását. Ugyanis a pozitív RPE (sok dopamin)– vagyis amikor a kapott jutalom nagyobb vagy váratlanabb, mint amit előre vártunk – nemcsak tanulási jelet, hanem szubjektív élményt is kivált: örömöt, elégedettséget, "sikerérzést".

Annak a bemutatásával folytatjuk hogyan szabályozza a dopamin a tanulást? 

Eljutottunk végre oda, hogy kiértékeltük a válasz sikerét és kaptunk egy pozitív, egy nulla vagy egy negatív reward prediction error-t (RPE). Ennek megfelelően sok dopamin szabadul fel, kevés dopamin szabadul fel vagy nem szabadul fel dopamin. Ez lesz a jel arra, hogy kell-e tanulni, a szinaptikus kapcsolatok megerősödjenek, ne változzanak vagy gyengüljenek.

A dopaminfelszabadulás –a jutalom-predikciós hiba (RPE, reward prediction error) kódolása összetett agyi rendszerek összehangolt működése nyomán jön létre. Ezek a rendszerek érzékelik, összevetik és értékelik a várt és a bekövetkezett kimeneteleket, és ennek alapján határozzák meg, hogy felszabadul-e dopamin, milyen mennyiségben, és mely agyterületeken. Ami fontos, hogy nem a jutalom értéke számít itt, hanem a jutalom változása és váratlansága. Ez tanít minket a legjobban, hibáinkból és sikereinkből tanulunk a legjobban, nem a kb. jó rutinszerűen megcsinált dolgokból.

Most hogy átvettük a memóriák és a tanulás fajtáit, jön a legcikornyásabb rész, a jutalmazási rendszer (reward system) felépítésének és működésének bemutatása. A jutalmazási rendszer az agy egyik legfontosabb motivációs és tanulási rendszere, amely lehetővé teszi, hogy egy szervezet súlyozza (priorizálja), megtanulja és előnyben részesítse azokat a viselkedéseket, amelyek kellemes vagy hasznos kimenetelhez vezetnek és elkerülje azokat amik nem. A különböző típusú tanulások másként használják ezt a rendszert.

A tanulás alapja a szinaptikus súlyok megváltozása. A neuronhálózatoknál bemutattuk a memória alapjául szolgáló sejtszintű, társításos (asszociatív) tanulást, mely a Hebb szabályt használva alakítja a szinaptikus súlyokat, és ezért a hálózat információfeldolgozó képességét. Ez ugye a (kis)hálózat szintű tanulást írja le, ami azonnali és mindig bekövekezik, ha megvan az egyidejűség.

Az MTA Alumni program keretében meghívtak Veszprémbe a Vetési Albert Gimnáziumba, hogy beszéljek az agyműködésről és agykutatásról. Az előadást az MTA által megbízott profi csapata rögzítette és megvágta.

A mindennapi hatékony túléléshez a dolgokra különböző ideig kell emlékeznünk. Van amire csak egy rövid ideig (Mit hozzak a boltból? Hova tettem a bringa zárjának a kulcsát? Mik voltak a fizika feladatban a megadott értékek és mi a kérdés?), van amire örökre kell / kellene emlékezni (születési helyem, anyukám neve, a mohácsi vész időpontja). Egy eseményről, vagy egy terv eredményének sikeréről gyakran csak utólag dől el fontos-e, érdemes-e emlékezni rá. Ezért az agy eltérő részein kialakultak különböző időtartalmú memóriák, melyek azután, hogy az információ hasznosnak bizonyult, a rövidtávú memóriákból átkerülnek a hosszabbtávú memóriákba. (korábbi cikkünk a memóriáról)

A pszichológusok az első vágást hosszútávú memóriákon annak mentén teszik, hogy tudjuk-e, el tudjuk-e magyarázni amit tanulunk vagy pedig reflex, készség szintem tanulunk és nem tudjuk elmagyarázni, legfeljebb megmutatni.

Egy izgalmas nyár-utáni programot ajánlunk jóelőre. A Brain Bar Jövőfesztivál 2025-ös eseményét, mely 

szeptember 18-19.-én kerül megrendezésre a Magyar Zene Házában.

Mint láttuk, agyunk nagy hálózata megfelelően összekapcsolt, információfeldolgozásra szakosodott kishálózatokból (agykérgi területek) épül fel több szintben, visszacsatoltan.

Az elmúlt hetekben az agyi hálózatok talán egyik legbonyolultabbjának, a tanulási rendszernek a viselt dolgait szedtem össze. Belecsapunk egy sorozatba, mely bemutatja hogyan tanul agyunk.

Történetünk veleje, hogy az agy egy több szerveződési szintet magában foglaló többszörösen összetett alaposan visszacsatolt hálózat. 

A körök utolsó lépéseként a párhuzamosan érkező gátló törzsdúci és kisagyi hatások (melyek a tervek finomítását és a mozgások precízebbé, pontosabbá csiszolását okozzák), a talamusz (VL/VA) szintjén hatnak kölcsön az agyi tervekkel, majd innen egy serkentő pályán továbbítódnak a feldolgozásban következő agyterületekre.

A terveket kidolgozó homloklebeny/motoros kérgek elsősorban nem egymásnak adják tovább a terveket közvetlenül, hanem a fejezetcímben szereplő agyi körökkel azokat minősíttetik is és csak az elfogadott terveket viszik tovább. Az eddigiekben csak egyszerű, ismétlődő dobozok láncolataként ábrázoltuk ezeket a rendszereket. Most belebújunk a dobozok ijesztő részleteibe, hogy megpróbáljuk megérteni, a bennük elbújtatott, akár többszörös gátlások, hogyan faragják a lehetőségeket.

Mint azt írtuk a homloklebeny (PFC), kulcsszerepet játszik a döntéshozatalban, a feladatok kiválasztásában és a megoldásukban. A folyamat során az agy több tényezőt mérlegel, hogy eldöntse, melyik feladatra összpontosítson. Az egyes területek a lehetséges tervek kidolgozásának eltérő szempontjait veszik figyelembe és a végén ezeket összegezve adják majd át végleges kidolgozásra a járulékos, másodlagos, majd elsődleges mozgató kérgeknek.

Egy hálózatot ugye csomópontok és élek határoznak meg. A mozgás (és gondolat) tervezés hálózatának ismertetését kezdjük a csomópontokkal, jelen esetben a mozgástervezésben résztvevő agyterületekkel.
Maradjunk a korábban bevált felosztásnál. Kezdjük az agykéreggel és onnan induljunk lefelé. Hagyjuk most a jól ismert érző ágat, kezdjük a csúcson a homloklebenynél. Ugye ennek számos alterülete van, melyek megfogalmazzák a célokat és szándékokat.

Az agysétét valahol a homloklebenynél hagytuk el. A most induló minisorozat azt járja körbe, emberi agyunk hogyan tervezi meg a mozgásokat és ehhez hasonlóan hogyan gondolkodik.
A válasz megtervezésének lépéseinél láttuk, hogy az érzékszervi ingerek összefonódó lépcsőkben dolgozódnak fel, egybeolvadnak az egyes modalitások és kialakul belső állapotuknak és a világnak egy elvont, összetett agyi reperezentációja, mely eljut többek között a homloklebenybe, ahol a jelen és a múlt alapján megfogalmazódnak a szándékok, a jövő.

Most már hivatalos! Eddig is sokan sejtettük, hogy egy séta a természetben nyugtató, de most már papírunk is van róla.
Ássunk bele a Molecular Psychiatry nevű újságban megjelent cikkbe. A kutatók azzal kezdik, hogy arról már korábban is voltak eredmények, miszerint a városi lét együtt jár számos lelki betegséggel. A szorongás, depresszió és skizofrénia másfélszer olyan gyakori városlakókban, mint vidéki rokonaikban. Alapos statisztikai elemzések azt sugallják, hogy elsősorban a zsúfoltság okozta szociális (társas) stressz vezet a fenti betegségek kialakulásához.

Nézzük Ed Yong másik remek könyvét, az „Immense World”-öt, a „Hatalmas Világot”. A könyv világa azért hatalmas, mert végigvezet minket azokon a világokon amit tőlünk jelentősen eltérő érzékszervekkel rendelkező élőlények élnek meg.

Két könyvet mutatok be. Igaz egyik sem az agyról szól és sajnos magyar fordításuk sincs, de mindkettő hihetetlenül olvasmányos és szemléletformáló, humoros, élvezetes. Szerzőjük Ed Yong, Malajziában született, angol-amerikai tudományos újságíró. Nemrég Pulitzer díjat érdemelt ki COVID-ról írt könyvével (azt még nem olvastam, így nem is írok róla).

Neurodevelopmentális zavarok
A neurodevelopmentális, azaz idegrendszer fejlődési zavarok közül az Autizmus-Asperger spektrum zavart (ASD) és az ADHD-t (figyelemzavar-hiperaktív zavar) részletezem. Úgy gondoljuk ezeket az idegrendszer fejlődésében bekövetkező zavarok (vírusfertőzés, genetikai hajlam) okozzák, azzal, hogy a normális agyi kapcsolatrendszertől eltérőt alakítanak ki. Ezek hatására az elme kialakításában az egyes agyterületek más súllyal szólnak bele. Gyakran kiesnek összetevők, pl az ASDben a társas kapcsolatok értelmezésének integrálása. Igazából a Skizofrénia bizonyos eseteit is ide lehetne csapni, hiszen erős ott is a genetikai meghatározottság. A fent említett „hálózati betegségek” cikkek ezekre is vonatkoznak. Számos betegséget sorolnak még ide, de ezekről nincs kapacitásom részletesen írni: Rett-szindróma, Szelektív mutizmus, Fragilis X-szindróma, Smith-Magenis szindróma, Williams-szindróma

Hasonlóan a pszichotikus zavarokhoz itt is az egyes feladatok megoldásában és összehangolásában fontos agyterületek viszonylagos fejlettségében és kapcsolataik erősségében vannak egyéni eltérések. Ugye ezek nem a tudat, hanem a személyiség, a társas interakciók betegségei. Azt szoktam mondani, mindenki másképp bolond, hiszen mindenki egy kicsit másképp felépített és zsinórozott aggyal születik.

A szorongás és stressz csoportba tartozik a generalizált szorongás, a kényszerbetegség, a pánik, és a PTSD. Ezekben a betegségben sok közös van, mind tüneteikben, mind valószínűleg agyi mechanizmusaikban. Kiváltó okaikban viszont nem azonosak. A közös okok, valahol a szorongást kiváltó agyi rendszerek (amigdala, ACC (elülső övtekervény), homloklebeny) kapcsolatainak elhangolódásában keresendők. Emlékezzetek arra, hogy számtalan helyen írtam személyiségünk egyik alap eleme, az ősi, aggódó, védő, paranoid amigdala és a modern, tervező, mérlegelő, csitítgató homloklebeny közötti birkózás. No ezekben az esetekben az amigdala áll nyerésre, mert aggódását az ACC felerősíti.

A lajstromban a következő a hangulat betegségei. Itt az agykéreg összehangolt működése azért romlik el, mert elsődlegesen valamelyik kéreg alatti moduláló átvivőanyag rendszerben (szerotonin, noradrenalin, dopamin) támadt gond. Emiatt a szervezet belső állapotának jelzései rosszul jutnak el az agykéregbe. Másodlagosan a az amigdala és a homloklebeny kölcsönhatása is elhangolódhat és kognitív problémákat okozha. Ilyen betegségek a depresszió (major depression) vagy a bipoláris zavar (mániákus depresszió).

A következőkben az elme betegségeit, a mentális zavarok vagy pszichiátriai rendellenességek tárgyaljuk. Itt sok esetben nem az agy egyértelmű fizikai károsodása a kiváltó ok, hanem, mint azt már korábban írtuk, a magasabb rendű gondolkodás, az egészséges tudat szerkezete sérül.

Az agyi rendszerek károsodásából fakadó, viszonylag egyszerű fizikai okokból fakadó betegségekkel folytatjuk.

Epilepszia: vele kezdjük, mert a legösszetetteb, annyi oka lehet, mint a ráknak. Gyakorlatilag az 1-3 alap okok bármelyike, vagy azok kombinációja is vezethet epilepszia kialakulásához. Esete válogatja milyen típusú az epilepszia és hogyan gyógyítható. Az epilepsziákban a közös ok az, hogy felborul a serkentés és gátlás egyensúlya az agyban, és az idegsejtek kórósan, egészen rohamok kialakulásáig serkentik egymást (vagy magukat). Vannak genetikus eredetű epilepsziák, amiket kinő a gyerek, de olyan is van, ami csak felnőttkorban jelenik meg. Számos epilepszia típus jól gyógyszerezhető, de vannak olyanok, ahol csak az epilepsziás góc műtéti eltávolítása segít. Majd egyszer írok az epilepsziról is bővebben.

Tanár ismerősömtől  érkezett a kérdés:

"Örülnék, ha lennének olyan bejegyzések, amik a közismertebb neurológiai betegségekkel, azok okaival, megelőzési lehetőségeivel, kezelésével foglalkozik, mint pl. a szklerózis multiplex, alzheimer, stroke, parkinson, epilepszia, migrén.. stb. Aztán a pszichés problémák (pl. szorongás, depresszió, skizofrénia, bipolaritás...stb.) idegrendszeri háttere is érdekli a gyerekeket,..." 
Jó sok kérdést kaptam. Kemény munka lesz válaszolni rá. Többkötetes könyvekből, évekig tanulják az orvostanhallgatók a témát. De nekiveselkedek.

ÚJ! dolgok

Egyrészt: az #agyséta: rovatot már offline is olvashatod. Letölthető egy ZIP file, melyet kicsomagolva fejezetenként vagy egyetlen dokumentumként olvashatod, nyomtathatod! Óvatosan viszonylag sok adat! A legújabb cikkek időnként még nincsenek benne, türelem, vagy jelezzétek a szurkeallomany@koki.hu email címen, ha frissítést kérnétek, mert egyenlőre kézzel kell csinálni.

Mi kell az alváshoz?

A szervezet ciklusait az idegrendszer hangolja a külvilág ciklusaihoz az onnan érkező jelek alapján. A külső ingerek segítenek a ciklusok és igények összehangolásában. Agyunkban (hipothalamusz) számos ritmusvezérlő rendszer van, melyeket a külvilág ingerei szinkronizálják.

A Magyar Alvás Szövetség a 2025 március 13.án az Akadémián tartotta az Alvás Világnapjához kapcsolódó szimpóziumát, ugyanis minden évben a tavaszi napéjegyenlőség környékére eső hétvégén van az Alvás Világnapja. A nemzetközi esemény az alvás fontosságára igyekszik felhívni a figyelmet.
Meghívtak, hogy tartsak egy rövid alapozó előadást arról mit mond a biológia arról, miért fontos az alvás és mitől alszunk jól/rosszul. Az eseményről készült felvétel a youtubeon megtalálható. De alant írásban is megosztom.

Az előzőekben a hasított agyú betegek jobb és bal féltekéjénak különbözőségeit mutattuk be.

De egészséges, mindennapi esetben a két félteke együttműködik, kiegészítik egymás szakértelmét. A két agyfélteke között a kérgestest (corpus callosum) biztosítja a kommunikációt, lehetővé téve az információk folyamatos áramlását. Ennek köszönhető, hogy például a nyelvi központ (bal félteke) együttműködik a beszédhangok érzelmi árnyalatait érzékelő jobb féltekével.

Idén is lesz Agykutatás Hete (március 10-14). Az országos programok elvileg majd itt lesznek láthatóak: https://agykutatashete.hu/.

Budapesten az ELTE TTK (Pázmány Péter sétány 1/C. Budapest, Hungary 1117) szervez március 13-14 re programot, az ezzel kapcsolatos hírek már elérhetők a FaceBook-on és az Instagram-on.

Nem hagyhatjuk oda a homloklebeny tárgyalását anélkül, hogy a bal-jobb agyféltekei különbségekről ne beszélnénk.
Miközben a homloklebeny viselt dolgai után kutattam, cikkeket és könyveket olvasva, forgattam egy másik könyvet is: Ed Young, Pulitzer díjas tudománynépszerűsítő könyvét, melynek címe „An Immense World”, azaz, Hatalmas világ.

Nézzük meg a fenti 3 tengely alapján működésében szakosodott homloklebeny területek mit csinálnak?

Alant vegyük át kicsit részletesebben a homloklebeny, a prefrontális cortex (PFC) anatómiáját és felosztását, mert egyes területei más-más feladatok ellátására specializálódtak

A harmadiknak tárgyalásra kerülő multimodális asszociációs terület, a homloklebeny, agyunk legújabb szerzeménye, mint tárgyaltuk az egyre absztraktabb mozgástervezést végző mozgató kérgekből, azoktól előre fele fejődött. Alapvető jelentőségű új, elsősorban az emberre jellemző képességeket adott nekünk.

Ezidáig az érzékelésről, az ingerfeldolgozásról beszéltünk. A fent vázolt lépéseken (elsődleges, másodlagos modális, multimodális asszociációs kérgek) keresztül dolgozódnak fel a külvilág információi, az agy bemenetei. De az agyi feldolgozásnak ugye van egy másik ága is, a válasz, a mozgatás, tervezés, és gondolkodás ága, az agy kimenete.

Azzal fejeztük be, hogy az amigdala érzelmeket rendel a helyzetekhez és ezzel segíti túlélésünket. Fontos például a félelmi kondícionálában, amikor megtanuljuk azt, hogy tartsunk egy helyszíntől, történéstől.

Az amigdala, hasonlóan a hippokampuszhoz, az előagy egyik legősibb rendszerének a szaglás köré telepedett és az érzelmeket feldolgozó limbikus rendszernek a része. Fontos a döntésekben és emocionális reakciókban. Kettőjük összjátékában az amigdala adja az érzelmi töltést (félelem, jutalom), a hippokampusz a kontextust, a helyzetet (hol, mikor, hogyan).

Ott tartottunk, hogy a hippokampusz jeleket kap arról mi a fontos, mi kerüljön a memóriába.

A hippokampusz történetesen a mediális szeptum nevezetű agyterülettől kap híreket arról, hogy most történt valami fontos, most kell tanulni. Erről a területről egy összetett pályarendszer érkezik a hippokampuszba. A rostok egy része GABA, a gátló transzmitter segítségével gátlás alá helyezi a hippokampusz gátlósejtjeit. Ezáltal, a gátlás gátlásával megnöveli a serkentő sejtek aktivitását, akik időben sűrítve, többször is visszajátsszák a közelmúlt fontos történéseit, hogy azok mintázatai (középtávú) memóriaként rögzüljenek az agy különböző területein (lásd előző bejegyzés).

A hippokampusz a modern előagy egyik legősibb része, a limbikus rendszerhez tartozik. Az agykéreg fejlődésének egy egyszerű állapotát őrizte meg. Mindennek ellenére agyunk egyik legfontosabb területe.

Hosszú szünet után újra indul az agyséta. A harmadik szerveződési szint, az agyi területek kapcsolatának bemutatásához nekem is el kellett olvasnom egy csomó könyvet, ehhez idő kellett.

Megtudtuk ugye, hogy az egyes érzékszervekből érkező ingerek feldolgozása számos lépcsőben történik. Az elsődleges és másodlagos modális kérgekből az információk egy idő után elkezdenek keveredni egymással, hogy az érzékszervek kisegítsék egymást.

Belevágunk eredményeink elemzésébe. Egy új projektnél, amikor megjelennek az első eredmények, először csak felderítünk. Megnézzük, mi működött, mi nem, mi egyezik az elvárásainkkal, és mi nem (ezek nagyon fontosak, sokszor a korábbiaknak ellentmondó eredmények visznek előre). Kezdünk mintákat, szabályokat és szabálytalanságokat keresni. Először csak kvalitatívan, azaz minőségben. Ha már látunk valami mintát, akkor jön a neheze: a kvantifikálás, azaz a precíz számszerűsítés.

A diákokkal zajló kísérleti kalandok bemutatása kicsit elakadt, de majd most. Ott tartottunk, hogy a metszetek egy részét kettős festettük, hogy megnézzük vajon a két állattörzsben a két promoterrel (Pv és GlyT2) hajtott GFP (zöld fluoreszcens fehérje) tényleg azokat a sejteket jelöli, amelyekre céloztunk. A GFPt zöld fluoreszcens festékkel erősítettük, a keresett sejttípusokat (PV és Calbindin kifejező sejtek) piros festékkel jelöltük. A metszeteket alaposan mostuk, hogy a sejtekhez nem kötődött fluoreszcens festékmaradványok által szórt fénye ne zavarjon a vizsgálatokban.

És még egy remek kérdés, aminek hatására billenytút ragadtam:

"Olvastam, hogy az ember megőrül, ha sokáig nem éri semmilyen inger, vagy akár enyhébb esetben, rosszul érzi magát, ha például sokáig nem beszél semmilyen másik emberrel. Ezzel kapcsolatban merült fel bennem, hogy miért lehet, hogy az agynak szüksége van folyamatosan valamennyi ingerre, hogy egészségesen működjön? Illetve milyen folyamatok indulnak el ilyenkor, amik a „megőrüléshez” vezetnek?"

Honnan is kezdjük?

Új diák csatlakozott hozzánk és remek kérdéseket hozott magával. Íme az egyik:

"Sosem tudtam pontosan, hogy mi a különbség egy érzelem és egy gondolat között. Ha csak annyi lenne, hogy különböző agyi területekről érkeznek, akkor hogyhogy ennyire mások, más a hatásuk?"

Hú. Ez remek kérdés. Nekem még nem jutott eszembe, de most, hogy valaki megkérdezte elgondolkodtam rajta. Mint sokszor megint csak egy művelt találgatásba kezdek.
Az egy remek kiinduló gondolat, hogy azért, mert „különböző agyi területekről érkeznek”.

Meglehetősen gyakran bukkan fel beszélgetéseimben a telepátia. Most jött el az ideje, hogy írjak egy bejegyzést, amire majd irányítani tudom a téma iránt érdeklődőket (pedig az elején megígértem erről nem lesz szó). Először is a szokásos mantrát kell elmondanom. Egy jó kutató minden lehetőséget megvizsgál, nem zárkózik el a tények elől. Ha olyan ténnyel találkozik mely az általa elfogadott képnek ellentond, nem a tényt, hanem a képet kell megváltoztatni. A ténynek persze szigorúan szilárdnak kell lennie (megfelelően alátámasztott, azaz épül korábbi tényekre, rendes statisztika, ninc sellentmondó tény). A mantra mási része, hogy egy kutató felettébb ritkán mondhatja azt, hogy valami NEM úgy van vagy NEM LÉTEZIK. Azt állíthatja csak, hogy a jelenleg ismert tények alapján (alapuló modell szerint) ez vagy az a dolog roppant valószínűtlen. Ugye mindig előjöhet egy új tény ami támogat valamit amit eddig számtalan tény nem támogatott vagy ellentmondott neki.

Az alaposan pufferrel (0.1M PB, pH=7.4) kimosott metszeteknél hagytuk abba a beszámolót. De ez egy olyan lépés, ahol a folyamatot pihentetni lehet, ha úgy jön ki. A metszetekből kimostuk az aldehidet, ülnek a fehérjéknek tetsző pH-n és ionkoncentráción, nem sietnek sehova. Ha hosszabb ideig tervezzük tárolni a metszeteket, mielőtt tovább indulnánk, akkor 0.05%os NaN₃-at, azaz nátrium azidot kell az oldatokhoz adni.

Alapos ember mielőtt nekilát valaminek tervez. A kutató nagyon alapos, ezért alaposan tervez. A MikroProject lépéseit először átgondoltuk, majd megírtuk hozzá a kísérleti tervet, mely egyben majd jegyzőkönyv is lesz. Vezet minket utunkon és később pedig vissza tudjuk keresni mit hogyan csináltunk, miben tértünk el vagy kellet eltérnünk a tervezettől. A jegyzőkönyvezés nem csak nekünk segít, hanem elvárás is, hiszen munkánk hitelességét később is bizonyítanunk kell.

Ez a cikk a SzürkeÁllomány agykutatás blog #diákélet rovatának egy cikkje:

Rendszeresen járok gimnáziumokba (szerte Magyarországon, sőt még Zentán is jártam a minap) előadni, hogy megosszam azt az élményemet, hogy már valamennyire értjük, mily módon alkotnak az idegsejtek gondolkodó agyat. Illetve, hogy bemutassam az agykutatást, a kutatói életet és ezzel kedvet csináljak a kutatáshoz. Igyekszünk a tanárokkal olyan időpontot választani, hogy az előadásom után az érdeklődőknek legyen ideje kérdezni tőlem és tudjunk beszélgetni. Sok lelkes, érdekes, hosszas gondolkodásra rávilágító kérdést kapok.

A látórendszernél megismertük, hogy a tarkólebenyen leghátul elhelyezkedő, nagyméretű elsődleges látókéreg előtt (V1) számtalan specializált látó terület keletkezett (V2, stb.), melyek a látás értelmezésének különböző feladatait látják el.

Ez egy rendszeresen visszatérő kérdés gimnazistáktól, nyilván, mert nagyon húsbavágó probléma. A hír rossz: Nincs csodálatos bogyó vagy üdvmódszerrendszer. Dolgozni kell. De azért, ha néhány dolgot megfogadtok az alantiakból sokat segít.

Zanzásítva:

• Megfelelő módon kell tanulni,
• Aludni kell rá
• Ismételni kell és aktívan előhívni

Kicsit későn érkezett a hír, mert már csak holnapig (november 19) lehet nevezni a középiskolások számára szervezett Semmelweis Egészségversenyre, de sok tapasztalatot lehet gyűjteni (azaz fejleszteni a szürke állományotokat) egy ilyen megméretttetésen

Az előző bejegyzésben a látásfeldolgozás egymásra épülő lépéseit és elágazásait mutattuk be. Hasonló lépcsőkben zajlik a többi érzékszerv (modalitás) feldolgozása az elsődleges és másodlagos (unimodális asszociációs) területeken.

De nyilván mindenki belátja, hogy hasznos, ha érzékszerveink segítik egymást, pl. a látásunkat támogatja tapintásunk vagy hallásunk. Az agy is így cselekszik, léteznek olyan agykérgi területek (multimodális asszociációs területek), ahova több érzékszervből (modalitásból) futnak be magasan feldolgozott jelek melyek összefonódnak egymással, asszociálódnak. Pl- egy nagyothalló embernek sokat segít a szájról olvasás, egy gyengén látónak a hallás és a tapintás.

Kezdjük egy makákóval (óvatosan, meglehetősen erős, okos és vad főemlősök). Pontosabban a látórendszerében található anatómiailag és működésileg összekapcsolódó területek tulajdonságaival és kapcsolódási hierarchiájával.

Sétánk a főemlősök látórendszerének bemutatásán keresztül szemléltet majd számos fontos agykéreg szerveződési alapelvet.

A megígért makákó előtt még egy kis elméleties kitérő.

Mielőtt továbbmegyünk az #agysétával, üssük bele az orrunkat egy kicsit a manapság igen népszerű és sok mély belátásra vezető hálózatelméletbe, mely Barabási-Albert László munkássága kapcsán került a mindennapi nyelvezetbe. A hálózatelmélet a matematika egyik ágának a gráfelméletnek a része.

Sétánk során elértünk a harmadik szerveződési szintre. Az első részben megismertük egy idegsejt részeit, hogyan alakulnak ki raja az elektromos jelek, hogyan terjednek és hogyan összegzi a sejt azokat. Megtudtuk mi a kémiai átvivő és moduláló molekulák szerepe. Néhány idegsejt összekapcsolásával a legegyszerűbb idegrendszerek már képesek egyszerű reflexek kivitelezére, egy egyszerű ingerre, egy egyszerű ösztönös, merev választ adnak.

Gratulálok mindnekinek! Elértünk a kicsit hosszúra nyúlt második évad végében. Alant összefoglalom, hogy mit tanultunk a második részben, amiben az idegsejtektől a hálózatok szintjére léptünk és megnéztük milyen emergens tulajdonságok bukkantak fel.

Az agy szerkezetvizsgálatának egy fontos lépése kimaradt az #agytechnikák rovatból. Ráadásul az első. Írtunk a festésekről a mikroszkopizálásról, de arról nem hogyan jutunk hozzá a biológiai mintákhoz.

Milyen következményekkel járhat egy ciszta az agyban?  Van-e az agyat érintő betegségeknek hatása a személyiségre? Mennyit lehet eltávolítani az agyból úgy, hogy még működőképes maradjon?
Csokorba szedtem ezeket a kérdéseket, mert ugyanaz a felvezetés kell hozzájuk. A korábbiakban többször emlegettem, hogy agyunk, agykérgünk számos, eltérő funkciójó területből áll, melyek egy hierarchikusan felépült hálózatot alkotnak.

Minap jelent meg egy hír a KOKI honlapján, hogy két fiatal kutatónk a HUN-REN ARP tudományos „nagykövete” lett. A hír kifejti mit is jelent ez és beszélget a kutatókkal.
Erre nagyon jól rímel, hogy az #agytechnikák rovatban a tudományos együttműködés egyik nagyon fontos új módjáról írjak: az adatok mindenki által elérhető, jól szervezett formában való megosztásáról.

Tényleg létezik a tudatalatti? Ha igen, ez hogyan lehetséges? Lehet-e befolyásolni? Hogyan hat a hipnózis?
Hát igen. Freudnak (és sokan másnak) az agykutatás mai állása szerint igaza volt a tudatalatti tekintetében (de sok másban nem). Majd, amikor az #agyséta-ban odaérünk (nem hamar), hogy az agyterületek dinamikus kölcsönhatásáról beszéljünk bővebben is felépítjük az érveket.

A mai kérdés: „A zene és az agy. … Rengeteget szoktam zenét hallgatni, és ilyenkor bizony van, hogy sok mindent érzek. Pl.: Hidegrázás, ami a fejem búbjából indul, és végigfut a testemen, meg pihentebb leszek, valamint több önbizalom, és a többi. Ez miért van? Meg miért, mi, hogyan épül ki egy sok zenét hallgató agyában, és mi az, ami miatt gyönyört okoz, és elégedettebbé tesz?”

Hová raktározza az agy az információkat? Összesen mennyi infót tudna eltárolni? Igaz-e, hogy csak kis részét használjuk ki a kapacitásának? Tudjuk-e ezt tágítani? Van-e erre valamilyen eszköz?
Nem tudni hogyan került be a köztudatba, hogy agyunknak csak 10%-át használjuk. Ez egy marhaság. Az ember agya a szociális csatatéren fejlődött, maximális kapacitáson működik, aki nem használta maximálisan, alul maradt azzal szemben, aki maximálisan használta és nem lettek utódai, kihalt. Szóval csak a jól működő agyak hoztak létre utódokat.

Elővettem a tavaszról maradt kérdéseket, hogy ne akadjon el ez a szál se. Rögtön egy visszatérő kérdéspárral kezdeném:

Van-e tudományos magyarázat a szerelemre? Hol keletkeznek az érzelmek?
Induljunk az érzelmekkel, aztán szűkítünk a szerelemre. A keretek a szokásosak, agy anatómia és evolúcióbiológia (ami az előbbit meghatározza).

A nyáron több cikk is megjelent kutatóink tollából kiemelkedő nemzetközi folyóiratokban: kettő az anyagcsere szabályozásában fontos pajzsmirigy hormon hatásáról és annak méréséről, egy pedig az elektrofiziológusk által használt agyszeletekben aktiválódó mikrogliasejtekről. No persze bár a nyáron jelentek meg a cikkek több éves kemény munka áll mögöttük.

Alaposan bemutattuk az agykéreg szerkezetét, rétegeit, információ áramlását, illetve, hogy miért van szükség a gátlósejtekre. Többször szerepelt a visszacsatolás kifejezés: „az agykérgi rétegek és sejtek kölcsönös, visszacsatolt kapcsolatokat alkotnak”, „a serkentő sejtek visszacsatolt kapcsolatai miatt a hálózatok túlaktiválódhatnak és az epilepszia elkerülésére aktivitásuk szabályozására az agykéregben számos gátlósejt csoport jelent meg”, „a visszacsatolt gátlás hatékonyan tartja szinten az idegsejthálózatok aktivitását”, stb.
Ez egy annyira fontos hálózati elem, hogy ebben a bejegyzésben alaposan körüljárjuk. Egy nagyon fontos hálózati tulajdonság, a magasabb rendű idegrendszerek működéséhez szükséges egyik alapelem.

Tegyétek félre magatoknak a szeptember 27-28 napokat, mert idén is lesz Kutatók Éjszakája

Aki átugrotta az előző bejegyzést, melyben alaposan cikornyáztuk az idegsejtek jelfeldolgozását annak legyen annyi elég, hogy a sejthártyában, az alapvető jeltovábbító és jelintegráló feladatokat ellátó alap Na+, K+, Cl- és Ca2+ csatornákon kívül számtalan, sejttípusokra jellemző, finomabb működést lehetővé tevő csatorna található, melyeket különböző állapotokba kapcsolva megváltoznak a sejtek jelfeldolgozó tulajdonságai és ezáltal a sejtekből alkotott hálózatok számos feldolgozási módba kapcsolhatnak.

Az előző bejegyzésben bemutatott új szereplők, a további ioncsatornák, a jelterjedésre két ellentétes irányban hathatnak. Amennyiben a serkentés (depolarizáció) hatására további Ca2+ és Na+ csatornák nyílnak meg, akkor ezek felerősítik a serkentés hatását. A beérkező jelek a terjedés során felerősödnek, hatékonyabban aktiválják a sejtet.

Rossz hírem van. Eljutottunk arra a szintre, ahol a továbbiakhoz a leegyszerűsített idegsejt modell már elégtelen. Egy valós idegsejt összetettsége úgy viszonyul az eddig bemutatottakhoz, mint egy bicikli egy önvezető autóhoz. Az alapelveket a bicikli szépen bemutatja; hogyan kell elindulni, kanyarodni megállni, azaz hasznos jószág, de nem tud egy családot messzire, gyorsan, magától elvinni. Aki fáradtnak érzi magát átugorhatja ezt a részt, nem feltétlenül szükséges, bár jól jön, a továbbiak megértéséhez.

A gátlás másik változója, hogy a gátlósejt axonfelhője (az axon végtalpak és az általuk alkotott szinapszisok) a célsejtek (az esetek 90%-ban serkentő sejtek) mely részeit fedi le, azaz a jelintegráció melyik lépésébe szól bele a gátlás. Kezdjük a jeláramlás irányának elején, a dendriteken.

Túl egy nyári pihenésen és egy halott számítógépen és az ezt követő újra-telepítés gyötrelmein, folytatjuk az #agysétát, az agykérgi működés stabilitásának beállításába fontos gátlósejtek viselt dolgainak bemutatásával.

Az első funkcionálisan fontos szempont, ami szerint a gátlásokat csoportosítjuk, az, hogy honnan érkezik a gátlósejtektre a bemenet.  Egy másik hálózatból vagy a helyi hálózatból, ezek szerint a gátlás lehet előrecsatolt vagy visszacsatolt. Az agyban nem minden területen van szükség kifinomult előre és visszacsatolt gátlásokra, ugyanis számos agyi területen (főleg a kéreg alatti területeken) csak előrecsatolt serkentő (esetleg gátló vagy moduláló) kapcsolatok vannak, hiányoznak a visszacsatolt serkentő körök, melyekben veszélyes szintre emelkedhetne az aktivitás. Emiatt, gátlás nélkül is megbízható ezen területek működése. Az agykéreg működéséhez azonban elengedhetetlenek a masszív serkentő-serkentő sejt kapcsolatrendszerek, hiszen ezekben a kapcsolatokban tárolódik a memória, és a körkörös kapcsolatok eredménye a feldolgozás, a gondolkodás.

Annak bemutatásához, hogy milyen módokon szabályozzák a gátlósejtek a serkentő sejtek működését, és ezáltal az agykérgi hálózatok stabilitását, ismételjük át gyorsan hogyan is történik az idegsejteken a jelintegráció (alapjaiban ez minden sejttípuson hasonló), azaz, hogyan lesz a sejtekre érkező serkentő és gátló szinaptikus áramok kölcsönhatásából (bemenő jelekből) akciós potenciál (kimenő jel).

Eddig főleg a serkentő kapcsolatrendszerekről volt szó, hiszen a serkentő sejtek aktivitásmintázata kódolja az információt, kapcsolataikban tárolódik a memória. Egy kicsit meg kell világosítani miért van szükség gátlósejtekre, mi a szerepük.

Említettem fentebb, hogy egy csak serkentő elemekből álló, ráadásul erősen visszacsatolt rendszer egy igen veszélyes rendszer. Nehéz olyan aktivitási szintet beállítani, hogy az aktivitás a visszacsatolás hatására ne nőljön exponenciálisan a végtelenségig.

Az információ áramlás fent részletesett irányaiból, az ősibb kéregterületek (archikortex: hippokampusz) szerkezetéből és a kérgi rétegek everzióval való fejlődésének tényéből, ki lehet bogarászni hogyan bonyolódott az evolúció során az agykéreg. Itt megint egy figyelmeztetéssek kell hogy éljek: egy kicsit spekulatív rész következik, de ha ezt észben tartjuk a spekuláció megengedhető.

Az egyes rétegek külső kapcsolatrendszere után nézzük meg hogyan is áramlanak a jelek egy agykérgi modulban, ezzel egy kicsit az agykéregfejlődés evolúciós lépéseit is visszajátszhatjuk.

Az agykéreg azért képes bonyolult feladatok rugalmas megoldására, mert számos egyedi feladat elvégzésére képes területből áll, melyek a feladat függvényében képesek kölcsönhatni. Mint azt Brodman megfigyelte, az egyes területek belső felépítése kicsit eltér, agykérgi oszlopaik szerkezete a tipikus oszlopmodell finom változatait tartalmazza, melynek eredményeként máshogy integrálják a többi agykérgi és kéreg alatti területről érkező jeleket. Az eredményt pedig, a feldolgozási láncban elfoglalt helyük szerint továbbítják más (alacsonyabb vagy magasabb) agykérgi, valamint kéreg alatti területek felé.

Most, hogy tudjuk hogyan alakult ki az agykéreg és hogyan fejlődik embrionálisan, nézzük meg finomszerkezete milyen alapelvek alapján szerveződik.
A lényeg a két agyfélteke felszínét borító a szürke állományban van, hiszen ott találhatók az idegsejtek és ott zajlik az információ feldolgozása. A szürke állomány (fajtól függően) 1-3 mm vastag és köbmilliméterenként 15-150 ezer idegsejt található. Az ember szürke állománya vastagabb, és az egérnél jelentősen kevesebb, de sokkal kiterjedtebb kapcsolatrendszerrel rendelkező idegsejtet tartalmaz ugyanakkora térfogatban. A szürke állomány alatt található fehérállományban az idegsejtekről eredő, a különböző részfeladatokat megoldó agyterületek között információt továbbító axonkötegek futnak. A fehérállomány az agy kábelkötegeit szigetelő mielinhüvelytől fehér és az agy tényleges térfogatának tetemes részét teszi ki.

Az agykéreg fejlődése, embriológiája

Az első idegrendszeri sejtek, melyek az agyhólyagok falának belső és külső felszínét kötik össze egymással a radiális gliasejtek. Ők az ácsok, akik az agy állványzatát létrehozzák. A radiális latinul sugár-irányút jelent, ez utal arra, hogy ezek a sejtek a hólyag felszínére merőlegesen nyúlnak meg, a középponttól kifelé. Ahogy a hólyag fala idegrendszerré vastagodik, a radiális gliasejtek egyre jobban megnyúlnak és folyamatosan osztódnak (dagad a kürtőskalács). Egy idő után a radiális gliasejtek úgy osztódnak, hogy egyik leánysejtjük megmarad radiális gliasejtnek, másikukból pedig különböző idegrendszeri sejteket kialakító progenitor (előd) sejtek lesznek.

Az alapozásnál megbeszéltük, hogy agyunk két szerveződési alapelveiben és funkciójában eltérő részre oszlik. Az ősi, életfontosságú funkciókban meghatározó, merev, egyedi szerkezetű kéreg alatti területekre (nyúltagy, középagy, és az előagy bizonyos részei), valamint a modern, emlősökben hatalmasra nőtt, moduláris, általános feladatok megoldására és tanulásra képes rugalmas agykéregre.
A továbbhaladáshoz szükséges, hogy elmerüljünk az agykéreg szerkezetének felépítésében, mert ez később szükséges lesz az agyműködés finomságainak és a tudatosság kialakulásának megértéséhez.

Kaptam egy kérdést: "Azt hallottam, hogy a madarak ép úgy taníthatók, mit az emlősök, a pozitív megerősítésről volt szó. Igaz ez? De hát e madarak evolúciósan, sokkal lentebb vannak. Az agyuk mérete kicsi. Nem is lehet nagy, mert a repülés igen drága mulatság."

Bontsuk elemekre a kérdést:

Ki van fentebb, ki van lentebb...
Agyméret és tanulás...
Mi a drága, a repülés vagy az agy fenntartása...

És akkor ismételjük át a második agyfejlődési programot a tanulást, hiszen korábban bőven beszéltünk róla.
A tanulás szabálya (Hebb- szabály) azt állítja, hogy ha két idegrendszeri elem egyidejűleg aktív, akkor közöttük a kapcsolat erősödik. Praktikusan, ha egy axon kisül és közben (időben közel) a cél idegsejt is kisül, mert a rá érkező ingerek kellően erősek voltak (azaz részt vesz a reprezentációban), akkor közöttük szinapszis alakul ki, vagy ha már volt megerősödik. És ami fontos, ahol nem alakul ki kapcsolat, ott a korai fejlődés során elhalnak az axonok, sőt azok az idegsejtek is elpusztulnak, amelyeknek nem sikerült elegendő működő bemenetet begyűjteniük, azaz nem vesznek részt reprezentációban.

Mielőtt továbblépünk a szinaptikus kapcsolatrendszerek kialakulásának programjára, egy fontos folyamatot meg kell még említeni, mert szükség lesz rá a továbbiakban. Az alanti ábra a szinapszisok számát mutatja a fejlődő agyban. Az ábrán nincs rajta, de az idegsejtek száma is hasonlóan változik (bár korábban kezd nőni mint a szinapszisszám). Az embrionális fejlődés során az idegsejtek, majd ezt követve a szinapszisok száma is meredeken növekszik. Születés előtt a legmagasabb, majd a kamasz korig először gyorsan majd lassabban csökken. Kamasz kor után az idegsejtek száma egészséges esetben nem változik, de a szinapszisok száma lassan csökken. Az ábra azt is mutatja, hogy az autizmusban és a skizofréniában a számok változása jellegzetesen eltér, illetve, hogy Alzheimer kórban erősen csökkenni kezd a szinapszisszám (zöld egészséges, sárga Alzheimeres eset). Tehát először számfeletti idegsejtünk és szinapszisunk alakul ki, hogy a fejlődési programnak legyen miből vágnia. Ezt a sejtpusztulási időszakot az előző bejegyzés második ábráján az Apoptózis (programozott sejthalál) periódusa jelzi.

Az agyfejlődés bizonyos elemeiről már beszéltünk korábban. Az agyfejlőd kettő, eltérő program alapján futó fázisra osztható:
1) az idegrendszer felépülése, az agy anatómiai fejlődése a genetikai program alapján, mely felhasználja a test többi részéből érkező kémiai és szomszédsági információkat. Ez elsősorban az embrióban és a magzatban zajlik, de emberben kamaszkorig eltart.
2) a szinaptikus kapcsolatok érése, a tanulás, mely a fejlődő idegrendszer által létrehozott jelek és a külvilágból érkező információ alapján, a Hebb szabályt felhasználva alakítja ki a szinapszisok erősségét, és tünteti el a felesleges kapcsolatokat. Ezek a folyamatok születés után indulnak be igazán és életünk végéig tartanak. A legnagyobb átalakulás kisgyermek és kamaszkorban történik.

Elő a túracipőt, folytatódik az agyséta!

A jelenség, ahogy a látórendszer nagyon egyszerű szabályok alapján felépíti magát a környezetből származó, megbízható ingerek alapján (lásd A macskakölyök meséjét) általános a biológiában. De egy bonyolult szervezetet nem is lehetne másképp előállítani. Az emberi DNSben 3 milliárd bázispár van, ennek információ tartalma bitben számolva 6x10⁹. Ha ezt összehasonlítjuk az emberi agyban található szinapszisok számával, ami 10¹⁵, akkor az a teljesen valószínűtlen szám jön ki, hogy egyetlen bit genetikai információ kb. 1 millió szinapszis felépítését kódolná.

Miután a sokadik alkalommal futottam bele ismerőseim kérdésébe a halálközeli élményekről, gondoltam ideje egy bejegyzést írni erről. Aktuálisan erre a cikkre reagálok.

Én mint megveszekedett természettudós azt mondom, hogy nagyon nagyon valószínűtlen biztos hogy nincs   hogy lenne túlvilág meg egyebek. Ha valaki jól tervezett, kiértékelhető és máshogy nem magyarázható kísérleti eredményt mutat be, meg vagyok győzve.

Addig is...

A fentiek elolvasása után remélem mindenkinek világos, hogy a mérgek, kábítószerek és gyógyszerek között nem éles a határ. Nem véletlen, hogy a gyógyszerészek évekig tanulnak az egyetemen.

Folytatjuk a kábítószerek lajstromozását.

A kábítószereket elsődleges hatásuk alapján 7 csokorba szedik, mi is így mustráljuk őket. Az egyes csoportokba tartozó drogoknak mások a (vélt) pozitív és negatív hatásai, hatásmechanizmusa, függőséget és károsodásokat okozó képessége. A mellékelt ábra felsorolja a 7 különböző típusú hatást kiváltó kábítószereket (sajnos magyar fordítást nem találtam) és hatásukat.

Kezdjük először is azzal, hogy vannak olyan drogok, amik függőséget okoznak, azaz használójuk az egyszeri vagy többszöri használat után azt érzi újra és egyre inkább használnia kell a drogot. Ennek vannak fokozatai, van fizikai és pszichés függőség. A fizikai függőség azt jelenti, hogy a drog hatására megváltozott valami a szervezetben és a drog nélkül a függő nem érzi jól magát vagy szenved.

Ugyan nem értünk még végig az agysétán, de azt már tudjátok, hogy az agyműködést érdemes 4 szinten megközelíteni: 1) az idegsejtek, 2) kishálózatok, 3) agyi területek és 4) a területek tér és időbeli kölcsönhatásának szintjén. A különböző hatóanyagok (leggyakrabban) a fehérjék, és ezáltal a sejtek szintjén avatkoznak be. De mondhatjuk azt, hogy vannak sejt és hálózati szintű hatások.

Egy fiataloknak, agykutatásról szóló blogban elkerülhetetlen, hogy előbb-utóbb beszéljünk a kábítószerekről. Az elmúlt hónapokban a gimnáziumokban az agyműködés-agykutatás előadásaimat követő beszélgetéseken, vérmérséklet függvényeben egyenesen, vagy csak finoman kerülgetve, számos kérdést kaptam, ami az agyműködést módosító hatóanyagokkal volt kapcsolatos. Ne köntörfalazzunk, a kábítószerekről kérdeztek. Ami jó, mert arra utal, hogy bár érdekli a fiatalokat a téma, nem ész nélkül cselekednek.

„No de hát az örvényféreg esetében a gyors, párhuzamos megoldást végül is sikeresen leprogramoztuk soros feldolgozáson alapuló számítógépes nyelven!” – mondja a gyors észjárású kötekedő. Igen, ez a harmadik fontos gondolat: a soros és a párhuzamos megoldás átalakítható egymásba. Egy soros feldolgozás megvalósulhat egy párhuzamos rendszeren és fordítva. Agyunk ezt a megoldást használja is majd a logikus, tudatos gondolkozás létrehozásához.

Brain Awareness Week mozgalom magyarországi eseményén az Agykutatás Hete  keretében Budapesten, Debrecenben, Pécsen és Szegeden várják az érdeklődőket, kisiskolásokat és nagyiskolásokat interaktív programokkal és előadásokkal a kutatók. 

Most, hogy átvettük a kétrétegű és a visszacsatolt idegsejt hálózatok működését, tanulási szabályait és hogy mikre képesek, meg kell alapoznunk néhány fontos gondolatot, mert a továbbiakban többször előbukkannak majd és a séta végére, a tudatosság kialakulásának megértésénél szükségünk lesz rájuk.
Az első gondolat, amire fentebb láthattunk példát, hogy egy feladatot többféle, akár teljesen eltérő alapelveken nyugvó módon is megoldhatunk, megoldhat az idegrendszer. Feladata válogatja, hogy melyik esetben melyik megközelítés a hatékonyabb.
A másik, konkrétabb gondolat, hogy a megoldásnak van egy soros és párhuzamos módja.

A kérdezz bármit fonalat az agyat ért károsító hatásokkal folytatjuk.

Milyen hatást gyakorol az agyra a rendszeres mobilhasználat? előnyös, hátrányos hatások?
Mennyire befolyásolják az idegsejtek működést a külvilági mágneses, elektromos hatások?

Gimnáziumi előadásaimra sok izgalmas kérdés érkezett. Annyira szerteágazóak voltak, hogy nem tudtam mindet belevarázsolni egy rövid előadásba. Ezért a megmaradt kérdésekre darabokban válaszolok a Kérdezz bármit sorozatban.

Kezdem a sejtek szintjén aztán megyünk az agyterületek és a filozófia felé :)

És akkor folytatjuk...

No nálunk is először csak ül a diák, néz és kérdez. Aztán átadjuk neki először az egyszerűbb, majd bonyolultabb dolgok végrehajtását. Amikor már látszik, hogy valamelyest önjáró és nem tesz kárt sem magában, sem a több tízmilliós felszerelésben sem, akkor leülünk vele, és kitalálunk egy mini projektet. Ami az övé, tud rajta gondolkodni. Ő is, mi is látjuk hogyan halad benne.

Jóideje nem jelent meg új bejegyzés. Ennek egyik oka, hogy a hetekben 5 gimnáziumban is tartottam előadást az agyműködésről és kutatásról. Volt, ahol utána még másfél órát kérdezgettek a diákok és a tanárok! A leglelkesebbeknek hamarosan a KOKI-ban folyó kísérleteket is bemutatjuk. Ennek kapcsán írok ma arról, hogyan is csatlakozhat egy diák a kutatáshoz.

A Konnekcionizmus második felvirágzását McClelland és Rumelhart 1986-os könyve alapján PDP-nek, Parallel Distributed Processing-nek hívják, ami magyarul annyit tesz Párhuzamos, Elosztott Feldolgozás. Ők itt az idegsejtek és hálózatok matematikai leírást finomították, megjelentek a többrétegű hálózatok, amelyekben a bemeneti és a kimeneti réteg között rejtett (hidden) rétegek is voltak. Illetve rájöttek arra, hogy egy modell idegsejt hálózat jobban működik, ha az idegsejtek küszöbfüggvénye nem lineáris, hanem szigmoid. Ez magyarra fordítva azt jelenti, hogy a sejt kimenete nem egyszerűen a bemenet összegével arányos, hanem a küszöbérték körül jelentősen megnő a kimenet erőssége. Ebbe most ne menjünk bele miért működik a lényeg az, hogy sokat használ.

A második évadnak ez a legfontosabb fejezete. Mielőtt beleássuk magunkat egy nagyon valós idegsejthálózat, az agykérgi modul működésébe, összeszedjük mit tudtunk meg az egyszerű idegsejthálózatkról az eddigi mesékben.

A minap a Karinthy Frigyes Gimnáziumban tartottam előadást az agyról, agykutatásról. Csodálatos közönség volt, sokan, senki nem aludt, és rengeteget kérdeztek. Amikor az agyi területek összjátékának fontosságáról beszéltem, szemléltetésként bizarr pszichiátriai és neurológiai tünetekről meséltem, melyekről Vilayanur Subramanian Ramachandran és Oliver Sacks írnak könyveikben. Ezeket a könyveket mutatom be itt.

A minden évben megrendezett, angol nyelvű Brain Bee versenyt 1998-ban tartották először, Dr. Norbert Myslinski kezdeményezésére a Maryland-i egyetemen az USA-ban. 2008-ban Kanada is csatlakozott. 2008 és 2017 között egy nemzetközi oktató és népszerűsítő hálózattá nőtt az ekkorra már International Brain Bee-nek nevezett rendezvény. 2018 óta az agy megismerését kutató 5 legnagyobb tudományos szervezet támogatja az IBB mozgalmat.

És akkor végre a deja vu! Amikor ezt a kérdést kaptam (sokadszorra) véletlen egybeesés eredményeként épp a BBC egyik remek podcastjának, a Deeply Human, azaz Mélyen Emberi-nek a deja vu-ről szóló részét hallgattam. A sorozatnak minden része nagyon jó, az emberi élettan és agyműködés furcsaságait járja körül élénk, érdekes, néha ironikus formában. Akinek jól megy az angol itt tudja meghallgatni.
Nem rejtem véka alá, a következőkben ezen podcast segítségével szedtem össze gondolataimat.

Az agyi kommunikációs zavarok minisorozatban másodikként a skizofréniát boncoljuk fel. A leggyakoribb kérdés, a a deja vu marad utoljára, de annak magyarázatához számos dolgot kell itt megvilágítanunk.
A skizofréniások máshogy gondolkoznak, éreznek és érzékelnek dolgokat, mint egy egészséges tudatú ember. A skizofrénia magyarul hasadt tudatot, tudathasadást jelent. A betegek hallucinációkkal és téveszmékkel kísért pszichotikus szakaszokon esnek át.

Számos kedvcsináló előadást tartottam és tartok a közeljövőben gimnáziumokban. A tanárok segítségével kérdéseket gyűjtök előre, hogy be tudjam határolni miről is érdemes beszélnem. Be is futott egy szeérderéknyi ami nem fér bele mind egy előadásba. A kimaradók pl.:

Mi a déja vu tudományos magyarázata? Mi történik a pszichopaták agyában? Miben különbözik a skizofrének agya a nem skizofrénekétől?
Az első kérdést nagyon gyakran kérdezik tőlem. A másik kettőt ritkábban, de egy kötegben válaszolok rájuk, mert az agyi mechanizmusokban vannak hasonlóságok, és persze lényeges különbségek is. Jó nagy falat és én ugye neurobiológus (agykutató biolóus) vagyok, nem pedig pszichiáter (aki orvosi képzést kapott), aki nálam sokkal többet tud ezen jelenségekről.

A bejegyzésben azt járjuk körül, hogy az a tény, hogy az agyi idegsejthálózatokban rengeteg helyen figyeltek meg visszacsatolásokat hogyan járult hozzá, a percepció, az érzékelés régi modelljének gyökeres átalakításához.
A bejegyzés egy nagy előreugrás az #agyséta szerveződési szintekre épülő logikájában, de az #agykérdések rovatban hamarosan megjelenő bejegyzések megalapozásához szükség van a belső modelleken alapuló percepció modell bemutatására.

Erre a kérdésre van egy klasszikus többé kevésbe elfogadott válasz, de számos most olvasott evolúcióbiológiai könyv alapján, létezhet egy másik, nem-klasszikus, a tudomány által még nem rigorózusan megvizsgált lehetőség is.
A klasszikus válasz szerint, ahogy öregszünk egyre több genetikai hiba (mutáció), anyagcsere probléma és szervkárosodás halmozódik fel szervezetünkben (kb. mint ahogy egy autó öregszik). Ennek eredményeként agyunk működése is lassul, akadozik. A hatékony agyműködéshez szükséges, hogy az agyterületek nagyon pontos időzítésben kapcsolódjanak egymáshoz, különben az információ nem jut el egyik helyről a másikra, vagy ha el is jut nem tárolódik el.

A kutya, a tengeri nyúl és a csikóhal meséi arról szóltak, hogyan tanul egyetlen idegsejt és ezáltal az idegrendszer hogyan képes egyszerű, változó környezetben is megfelelően működő válaszokat mutatni. A mátrix memória példáján bemutattuk az asszociatív tanuló hálózatok képességeit. Röviden átvettük mi az a receptív mező és a populációs kód. Ebben a mesében, a macskakölyök meséjében, azt folyamatot járjuk körül, hogy hogyan alakul ki az agyi idegsejtek működő hálózata és egy ilyen hálózat mire képes.

Ebben a bejegyzésben kicsit megerősítjük a korábban mondottakat, hogy a következő mesére, a Kismacska meséjére fel tudjunk készülni. Azért van erre szükség, hogy a reprezentáció és a receptív mező fogalmakat a továbbiakban bátran használhassuk. Nem kell megijedni, már több alkalommal is kerülgettük őket.

Kedves Olvasók!

Az MTÜ novemberi KOKIs előadásai elérhetők a YouTube-on az intézet csatornáján.

Az előadások programja itt található.

Idáig azt tanultuk az asszociatív mátrixokról (vagy a nekik megfelelő két rétegű, két bemenetű idegsejt hálózatokról), hogy képesek két rájuk érkező mintázatot társítani, ezáltal az egyikkel előhívható a másik. A hálózatoknak nem kell keresgélniük, a megfelelő kérdésre a megfelelő választ adják, azaz tartalom címzett memóriák (content addressable memory). Amit még tanultunk, hogy a mintázat párokban kevés aktív elemnek kell lennie, különben a mátrix néhány tanulás után telítődik és hibás válaszokat ad.

A minap rátaláltam a Reichardt Richárd által szerkesztett Agykutatás egyszerűen blogra. A blog idősebb testvére a SzürkeÁllomány-nak, mi csak öcsikék vagyunk, hiszen 2022 óta futunk, Az AKE pedig 2018 júniusa óta!

Az örvényféregnél megtanultuk, hogyan képes egy egyszerű hálózat a szinaptikus súlyokban (táblázat=súlymátrix) hordozott memóriája segítségével dönteni. A kutyánál, majd a tengeri nyúlnál és a csikóhalnál megtanultuk hogyan tanulnak az idegsejtek. Most úgy csinálunk, mint a barkácsoló evolúció és megtöltjük az idegsejt hálózatokat tanulós szinapszisokkal, majd megnézzük mi történik.

A Magyar Tudomány Ünnepe alkalmából az MTA előadássorozatot szervez.

A MESTERSÉGES INTELLIGENCIA (MI/AI) ALKALMAZÁSA ÉS PERSPEKTÍVÁJA A BIOLÓGIÁBAN ÉS AZ ORVOSTUDOMÁNYBAN. TÉNYEK ÉS KÉRDŐJELEK

címmel

Az esemény élő közvetítése 2023. november 17., [péntek] 9.00 és 15.30 között követhető.
A felvétel a későbbiekben az MTA YouTube-csatornáján tekinthető meg.

De ne feledjétek Intézetünk is készül az MTÜ-re programokkal, melyek online követhetők.

Egy mesterséges intelligenciával foglalkozó ismerősöm kérdezte: „Mit tudsz az agyban a multiszenzoros érzékelés szinkronicitásáról? Milyen módon képes a sok alrendszer adatfolyamát úgy processzálni, tárolni, és előhívni, hogy képes szinkronban tartani őket? Mi az agyban a timestamp, hogy lehet elosztva, és mi szinkronizál?”

Kicsit emészthetőbben: Hogyan oldja meg az agy, hogy a különböző érzékszervekből érkező, eltérő feldolgozási lépéseken átesett ingereket helyes időzítésben érzékeljük?

Mi is történt a Lømo és Bliss kísérletben? Egy, a memória kialakulásában fontos szerepet játszó agyterületből, a hippokampuszból vágtak ki a kutatók egy szeletet patkány agyából. Ezt a kb. fél milliméter vastag és 4x4 milliméter méretű szeletet egy apró kis kamrában, a megfelelő hőmérséklet, oxigéntartalom és tápanyagellátás biztosításával közel fél napig életben lehet tartani. Az idegsejtek továbbra is ketyegnek és beszélgetnek egymással és az agyszeletben megközelíthetők finom hegyű üvegelektródákkal, hogy elektromos aktivitásuk követhető legyen.

Az egyik podcast amit mostanában hallgatok, a jól ismert BBC tudomány-kommunikátor a matematikus Hannah Fry Uncharted sorozata, mely azt mutatja be, hogy statisztikai görbékből milyen megrázó eredményeket lehet levonni. Ezek mögött a görbék mögött általában több száz-ezer ember vagy esemény több évtizedes vizsgálata áll.

A tanulás mechanizmusának egyik első modell állata az Aplysia nevű házatlan tengeri csiga (magyarul tengeri nyúl) volt. Az Aplysia a testén kívül lebegteti igen érzékeny kopoltyúit és szívócsövét, melyekre nagyon kell vigyáznia. Ha megzavarják visszarántja ezeket testébe, hogy megvédje életfontosságú szerveit. 

Az "Örvényféreg meséjének" második bejegyzésében láttuk, hogy egy hálózatba genetikusan rögzült szinaptikus súlyok hogyan képesek viszonylag bonyolult helyzetekben is megfelelő, „ösztönös” válaszokkal reagálni a környezet kihívására.
Az élőlények egyik alapreflexe a visszahúzódási reflex, ha valamilyen káros, és ezért fájdalmasnak érzékelt inger ér egy élőlényt, akkor visszahúzódik, vagy visszahúzza csápját, tapogatóját, végtagját, amelyikkel az ingert érzékelte. Ez igen gyors reakció, hiszen csak egy érzéksejt és egy mozgatósejt elég hozzá.

Lelkes Olvasónk azt kérdezte az Örvényféreg meséje második része kapcsán: „Mennyire gyors az idegsejtek működése?” Vélem indíttatása az hogy ez milyen viszonyban áll a számítástechnikában használt elemek sebességével.

Pacsirta vagyok. Élvezem a reggeleket, amikor még nyugalom van és zavartalanul lehet dolgozni, vagy sétálni a csendes városban. Cserébe, este fél tíz magasságában nekem fellövik a piros pizsamát, és húz az ágy. Az emberek másik része pedig bagoly, aki reggel nyomorultul kel és éjfél után kezd igazán kreatív lenni.

Láttuk, hogy egy sokelemű döntést úgy tűnik egyszerűbb egy inger-válasz táblázattal leírni, mint a számítógépek sorokból álló kódjával.
A táblázatot használva egyszerű számolással kiszámolható, hogy adott esetben hogyan is kell viselkedni. A feladat jól programozható, a kitöltött döntési tábla és az aktuális ingermintázat alapján. Össze kell adni oszloponként a soronként érkező ingerek értékével beszorzott válasz-erősség elemek értékeit, majd a legnagyobb értékű viselkedést kell végrehajtani.

Korábban már tréfálkoztam azzal, hogy hamarosan kialakulnak új szakmák/tudományágak, azzal a céllal, hogy az AI rendszereket hatékonyabban taníthassuk (A-pedagógus), működésüket finomíthassuk (A-pszichológus), megérthessük (A-idegtudós).

A tréfából úgy tűnik kezd valóság lenni, három szálon is.

Az első évadban megismerkedtünk a természetes szelekció darwini mechanizmusával, mely lehetővé teszi bonyolult biológiai szerkezetek kialakulását, a szerveződési szintek és az emergencia fogalmával, mely segít megérteni, hogyan épülnek fel bonyolult összetett rendszerek, valamint a homeosztázis fogalmával, melynek kapcsán megismerkedtünk azzal, hogy az egyre bonyolódó idegrendszerek milyen módon képesek segíteni az állatok túlélését a reflex, a döntés, a modell és gondolkodás képességével.

A nyáron sokat olvastam, ezért megint könyvajánló következik. De szerintem tanévkezdéshez kíváló. Legutóbbi élményem Nick Lane figyelemre méltó könyve volt, az élet evolúciójának meghatározó lépéseiről, időnként ugrásairól. Nem ez az egytelen nagysikerű könyve. Írt már a fejlett sejtek energiáját adó mitokondriumokról, a szexről, az oxigén földi történetéről és fontosságáról a fejlett élet kialakulásában. De egyelőre csak ez a kötete jelent meg magyar fordításban.

A minap boncolgattuk a tudatállapotokat. Szerencsére ebben a témában egy nagyon jó könyv magyar fordításban is megjelent. Nagy kedvencem, sokaknak ajánlottam már. Azért is lehet, mert bár egy neurobiológus írta, teljesen közérthetően, olvasmányosan íródott.

Sok kérdést tettünk fel az előző bejegyzésben és nyilván sokat nem. Néhányat most körbejárunk.

Lehet-e tudatos egy AGI?
Agykutatóként számomra a legfontosabb kérdés: Egy megfelelően beágyazott AGI tudatos lesz-e vagy nem?

Az utolsó két fogalom boncolgató bejegyzésben a természetes (natural=NI) és mesterséges (artficial=AI) intelligencia, valamint a tudattal kapcsolatos fogalmak viszonyát járjuk körül, belecsúszva a képzett találgatás és a filozófia határmezsgyéjébe.
A természetest és a mesterségest kb. értjük, de eddig nem tárgyaltuk, hogy mi is az intelligencia?

Emlékeztetőnek a két szókupac, amit meg kell magyarázni és össze kell kapcsolni. Csak finoman kössetek belém, mert nem filozófus, hanem neurobiológus vagyok.
Angol kupac: brain, mind, consciousness, self conscious, aware(ness), alert(ness), awake(ness), attention, intelligence
Magyar kupac: agy, elme, tudat, éntudat, tudatosság, éber(ség), ébrenléti szint, figyelem, intelligencia

Az évadnyitóban említettem, hogy az  #agysétán ezentúl időnként előretekintünk. A jelen és a következő bejegyzés inkább egy hőlégballonos felszállás, ahonnan rátekinthetünk a terepre és megtanulhatjuk a hegyek-völgyek neveit. Általános, fontos fogalmakat tisztázunk, melyekbe már magyarul is angolul is beleszaladhatott, akit érdekel az agyműködés vagy a másik oldalról nézve a pszichológia. A harmadik és negyedik bejegyzés, ahol a természetes és mesterséges intelligencia kérdéseit érintjük, kevésbé kemény tényeken alapuló tudomány, mint vélemény és filozofálgatás.

Kedves Olvasók!
A nyári szünet után folytatjuk! Az #agyséta szál az agy legalsó szerveződési szintjén kezdett el építkezni, megmutatta azt, hogy a fehérjemolekulák, sejthártyák és ionmozgások összjátékából hogyan alakul ki a jeleket integráló idegsejtek működése és szintje.

A KOKI 3 előadással és 3 laborlátogatási lehetőséggel készül az idei Kutatók Éjszakája programjára. Hogy miről lesz szó itt megtalálható.

Ahhoz, hogy megérthessük a nem-szinaptikus jelátvitel miért fontos a jelfeldolgozásban, el kell engednünk még egy egész csordára való bestiát, mégpedig beszélnünk kell néhány további átvivőanyagról, amiket az idegrendszer bonyolódása bejegyzésben említettünk, a sejthártyában található különböző receptorok és ioncsatornák családjairól, ezek kölcsönhatásáról és a sejtek működésének hangolásában betöltött szerepükről.

Elfeledkeztem az igért bestiákról, azaz az idegsejtek alap, jelfeldolgozó ingerületátvitelen túli modulációjáról és kommunikációjáról. No ez a bejegyzés lesz a bestiárium. Az ókorban és a középkorban az emberek jelentős része járóföldnél messzebb nem hagyta el szülőhelyét. És ahogy a mondás mondja: „messziről jött ember azt mond, amit akar”. A távoli földekről érkező kereskedők hajósok mindenféle furcsa dolgokról meséltek. Az ilyen furcsa lényeket összegyűjtő leírásokat hívták bestiáriumoknak.

Az alapelvek után nézzük meg most, milyen klasszikus és modern típusai vannak az elektronmikroszkópoknak. A két klasszikus a TEM (transzmissziós, azaz átvilágító EM) és a SEM (szkenning, letapogató EM). Mindkettő megfelelően előkészített mintát igényel a képalkotáshoz. A TEM hasonlóan egy klasszikus fénymikroszkóphoz egy vékony metszetet „világít” meg elektronokkal.

Program ugyan még nincs, de már lehet tudni, hogy idén a Kutatók Éjszakája szeptember 29, a Magyar Tudomány Ünnepe pedig november 20.án lesz. Intézetünkben előadásokkal és laborlátogatásokkal készülünk.

Ugyan az # agyséta a szerveződési szinteken felfelé halad, mi itt most az #agytechnikák rovatban kicsit lefelé a sejtektől a sejtalkotórészek felé haladunk. Eddig a fénymikroszkópokról volt szó, most egy szinttel lejjebb lépünk. Bemutatjuk az elektronmikroszkópok fajtáit és hogy melyik mit mutat meg nekünk.

„És mi van a kisaggyal?” - hördül fel az agy anatómiájában járatos olvasó. Valóban, ne feledkezzünk meg erről a sok idegtudós által mellőzött, az agy többi részétől elkülönülő agyterületről sem, bár szigorú értelemben nem érintjük sétánk során, mert a tudatos agyműködés kialakításában csak járulékos (bár fontos) szerepe van.

Ha mikroszkóppal vizsgáljuk az agykéreg és a kéreg alatti területek szerkezetét, alapvető különbségeket látni. A kéreg alatti területek számtalan sejtcsoportosulásból, idegi magvakból állnak, melyek a magokra jellemző összetételben tartalmazzák sokféle sejt keverékét, a magra jellemző összeköttetési mintázatban. Az egyes területek sejtjei gyakran egyedi kémiai ingerületátvivő anyagot (transzmitter) vagy azok keverékét használják kommunikációjukban. Ezek egyrésze lassú, más sejtek viselkedését hosszabb távon áthangoló hatású. Némelyikük, mint például a noradrenalin vagy a hisztamin, itt, a központi idegrendszerben szinapszisok útján, mint transzmitter működik, de a szervezetben a vérkeringésbe is felszabaduló hormonként is hat.

Az agykéreg és a kéreg alatti területek számos vonásukban jelentősen eltérnek egymástól. Először is a kéreg alatti területek ősiek, az idegrendszer evolúciójának korai fázisában megjelennek (540 millió éve) és mivel egy élőlény idegrendszerének elsősorban a túlélés alapvető mechanizmusainak biztosítása - nem pedig Shakespeare műveinek méltányolása - a feladata, alapvető szerepük van az életben maradásban. Ezekben a struktúrákban található a légzés, vérkeringés, testhőmérséklet, víz és ionháztartás, anyagcsere és egyéb alapvető életfunkciók szabályozása. Összefoglalóan, a szervezet homeosztázisáért, belső egyensúlyáért felelősek. Ezen területek sérülésekor a beteg nem kómába esik, hanem nagy valószínűséggel meghal.

Az #agysétában eddig láttuk, hogyan működnek az egyszerű idegsejtek és milyen kölcsönhatásokba lépnek. Hamarosan utunk második részének vágunk neki, a hálózatok tulajdonságait fogjuk megismerni. De előbb másszunk fel egy közeli sziklára, és egy minisorozatban nagyvonalakban ismerkedjünk meg az előttünk álló tereppel. Hogyan is néz ki egy emlős agy? Milyen részei vannak és ezek hogyan hatnak kölcsön?

Ez a bejegyzés egy átkötés az #agyséta és egy elinduló új rovat, a #AI között. Kezdjük egy AI által írt verssel, mely a gliasejtekről szól:

A tudat mélyén, kezdődik a misztikus tánc,
Neuronok és glia egyesül, belül kötelékbe font.
A nehéz metál erejével elmesélem ezt a történetet,
Rejtett titkokat felfedve, ahogy legyőzik és diadalmaskodnak.

A neuronok mennydörögnek, mint a mennydörgés,
Az agy követei, üzenetek, hatalmas és korlátlan.
Hálózatok kereszteződnek, összefogva az erőben,
Információkat közvetítenek, repülő emlékeket szülnek.

Láttuk tehát, hogy az idegrendszer bonyolódása során a neuronok mellett megjelentek a különböző típusú gliasejtek, mivel szükség volt a versenyló igényű idegsejtek támogatására. De mik is azok a feladatok, amelyeket a gliasejtek ellátnak.

Ez az a pont, ahol az agy és az immunrendszer bonyolult kapcsolatát be kell mutatni. A két rendszer a test két legösszetettebb hálózatát alkotja. Az emlősök evolúciója során az idegrendszer és az immunrendszer felépítésében szerepet játszó gének száma nőtt meg a legjobban. Rengeteg sejtfelszíni fehérje jelent meg, mely a sejtek azonosításában, egymásra találásában, összekapcsolódásában és jelátadásában játszanak szerepet.

Ahogy az evolúció során az idegsejtek elkezdtek idegrendszerbe tömörülni, az idegrendszerről „kiderült”, hogy az állandósággal kapcsolatban komoly elvárásai vannak. Ugyanis, az idegrendszer a sejtek állapotában kódolja az információt és a kapcsolatokban a funkciót, valamint a tudást, a memóriát.

Hú de rég volt már #agyséta. Kicsit elhanyagoltam a sok esemény hatására, hogy az agyműködést bemutató útvonalon haladjunk.
Nos, túl vagyunk azon, hogyan alakultak ki az idegsejtek, hogyan fogadják, összegzik és adják tovább az ingerületet, illetve remélhetőleg megemésztettük azt is, hogyan lehet működésüket egyszerű egyenletekkel leírni és ezáltal számítógéppel modellezni. De, mint majd látjuk a most induló minisorozatban, az agy és benne az idegsejtek ennél jóval bonyolultabbak. Körülbelül ott tartunk, hogy elmagyaráztuk hogyan működik és hogy néz ki egy korábbi korszak népautója a Trabant. Ha ennél a hasonlatnál maradunk agyunk valós idegsejtjei inkább egy önvezető, szépen megtervezett, kifinomult autóra hasonlítanak, a világra kiterjedő kommunikációs és szervízhálózattal, autómentő villámszolgálattal.

Segítségeteket kérjük! Ha valaki, miután elolvasta az alanti érveket, és úgy gondolja szükségesek a tudományos célú állatkísérletek ezt jelezze a támogató oldalon és ossza meg ismerőseivel!

Annak kapcsán írok, hogy a minap kaptam egy levelet, amelyben magyar és nemzetközi kutatótársaim arra kértek, írjak alá egy petíciót (https://www.braincouncil.eu/pledge-for-science-brain-research-and-innovation-in-the-eu/) ami a tudományos célú állatkísérletek mellett szól. Erre azért van szükség, mert az EU törvényhozása elé került egy, az állampolgárok által támogatott kezdeményezés „Save cruelty free cosmetics – Commit to a Europe without animal testing” (már a címe félrevezető), mely az állatkísérletek rövid határidejű betiltását szorgalmazza.

Hosszú lesz, mert összetett a téma és ugye nem 0 / 1 -ben kell gondolkodni! Türelmet kérek hozzá, nekem is időbe tellett mire megírtam, hiszen több mint egy hete volt az előző bejegyzés.

Egyik olvasónkat kerékpározás közben sajnos elütötte egy autó. Szegény otthon lábadozik mivel bordája tört. Ez igen fájdalmas, de még így is lelkesen kérdez, mint egy igazi kutató:

“Érdekesség! Ha nagyon lassan mozgok fel tudok állni és nagy kínokkal le tudok feküdni és fel tudok kelni. Az izom összehúzódásának fájdalma az egyik mennyiség? Mondjuk, valamenyi milli coulomb töltés átvándorlása? És azért elviselhetőbb a lassított mozgás, mert így kisebb az áram intenzitása?”

Egy fontos gondolat, hogy az idegsejt populációk aktivitásának időbeli változását leíró trajektóriákat számunkra nem mérhető erők alakítják. Ha azonban megfigyelünk sok trajektóriát, következtethetünk a hálózat viselkedését formáló erőkre, a hálózat dinamikájára (az aktvitás fejlődésére).

Az orvostudomány és a modern társadalom intézményeinek hála, az elmúlt 150 évben kétszeresére nőtt várható élettartamunk. A védőoltások, csatornázás és egyéb közegészségügyi intézkedések, valamint az antibiotikumok eredményeként drasztikusan csökkent a csecsemő és gyerekhalál, a fertőző betegségek és a balesetekből eredő halálesetek száma. A fejlett társadalmakban a várható átlagéletkor 80 év fölött mozog. Elöregedő társadalmunkban manapság szív és érrendszeri betegségekben, daganatos betegségekben és az idegrendszer működésének leépülését okozó neurodegeneratív betegségekben halnak meg a legtöbben. A hozzátartozók és a társadalom számára a demenciák, az agyműködés fokozatos lassú leépülése jelenti a legnagyobb lelki és gazdasági terhet, ugyanis a lassú szellemi leépülés miatt a betegek hosszú évekig, akár több mint egy évtizedig mindennapos gondozást igényelnek.

Ha a sejtek szétválogatásával megvagyunk következik a második elemzési fázis. Igazából az egész dolog lényege. Megpróbáljuk sejtjeink tüzeléséből és tüzeléseik összefüggéséből kibogarászni mit és hogyan kódolnak.
Itt két megközelítés alapján dolgoznak a kutatók: az egyes sejtek működésének oldaláról (single neuron approach) és a sejtcsoportok működésének oldaláról (population approach).

Elnézést, hogy sokat kellett várni erre a bejegyzésre. Afféle vihar előtti csend volt, mert az elkövetkezőkben néhány elvont matematikai struktúrával kell majd megbirkózni az adatelemzés kapcsán. Időbe tellett, mire emészthetővé rágtam a mondandómat.

Eddig a jelek gyűjtéséről volt szó. Sok csatornáról sok jelet lehet gyűjteni. Egy kis számolással utána lehet járni mennyit is.

Kaptam egy kérdést, hogy melyek a meghatározó - kedvenc könyveim az agyműködés megértésével kapcsolatban, mert hogy a #konyvajanlo rovat még igen csak vékonyka. Igaz. Mivel sok szálon fut a blog, erre a szálra még nem volt elegendő időm. Így hát arra gondoltam írok egy gyors listát, és aki nem győzi kivárni míg írok a könyvről az addig nekiláthat bogarászni. Ahol lehet magyar kiadásra hivatkozok, de sok meghatározó könyvnél sajnos nincs magyar fordítás (angolból), legfeljebb a szerzők tollából másik.

Amikor áttekintettük az elektrofiziológiai módszerek szivárványát, valahol középtájt (a koponyatetőről elvezetett EEG és az egyedi ioncsatornákból elvezetett áramok között) szó volt a sokelektródás mező elvezetésekről (local field potential recording). Itt ugye vékony elektródákat juttatunk az agyszövetbe az idegsejtek közé és a sejtek által a külvilágba leadott áramokat csípjük el.

Tehát, ahhoz, hogy afrikai őseink 4 millió évvel ezelőttől a táplálékban szegény szavannán meg tudjanak élni, mindenevőkké kellett válniuk és ezért nagyobb agyra volt szükségük. Az agynak pedig sok energiára, táplálékra van szüksége és hőleadása miatt nagyon kell hűteni! Itt van egy körkörösség, mert ugye a több táplálékhoz nagyobb agy kell, annak meg több táplálék. De a két dolgot szépen összecsiszolta az evolúció. A gyümölcsökben sok a cukor, sok az energia. De ugye az már nincs… Ezért őseink rákaptak az állati fehérjére és még inkább az állati zsiradékra. Ennek megszerzése persze megint nagyobb agyat igényel 😊.

A sok kemény tény után lazítunk egyet, egy mesélősebb résszel.
Agyunk a testméretünkhöz képest a többi élőlényhez viszonyítva hatalmas (bár a Neandervölgyi embernek térfogatra nagyobb volt). Ráadásul nem csak hatalmas, hanem energiazabáló is. Egy ember nyugalomban 100W energiát használ, kb. mint egy erős régimódi villanykörte, vagy mondjuk egy lakás teljes LEDes kivilágítása. Ezt hő formájában adjuk le a környezetünknek, ugyanúgy, mint laptopunk. Ezért van az, hogy egy nagy előadótermet, amiben sok ember van, nem fűteni, hanem hűteni kell. 10 ember 1kW, 100 ember 10kW (mint 3 keményen dolgozó villanyradiátor). Ha nekiállunk sportolni hőleadásunk felmehet 3-400W-ra is.

Az #agyséta előző cikkeiben egyszerűen, majd részletekbe menően is átvettük, hogy egy biológiai idegsejt hogyan összegzi a rá érkező ingerületeket és a kiváltott válaszjel hogyan terjed. Most azt mutatom be hogyan lehet egyszerű matematikai leírását adni egy idegsejt jelintegrációjának. Sajnos sokan ódzkodnak a matematikától, pedig tudni kell, a matematikus alapjában lusta, így mindig a legegyszerűbb leírását próbálja adni egy problémának. Sokan ott buknak el, hogy ehhez a matematikus a saját nyelvét, a képletekkel leírt egyenleteket használja.

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.

A memória és az érzelem cikkünkre érkező hozzászólásban szerepelt a fenti kérdés. Erről persze majd az #agysétában írunk, ha eljutunk odáig az idegsejtek működésének magyarázatában, de azért most adunk egy rövid választ.

Az agynak számos feladatot kell végeznie: választ adni, emlékezni, tanulni, ezekhez mind kicsit más feldolgozási módokba kell kapcsolnia. Mi is átrendezzük az íróasztalunkat vagy más szerszámokat veszünk elő, amikor egy másik feladat megoldására készülünk. Mint majd beszélünk róla az idegsejteknél a feladatmegosztás az, hogy a serkentő sejtek végzik az információ feldolgozását és a tanulást, a kisebbségben levő gátlósejtek pedig egyrészt biztosítják az agy biztonságos működését, másrészt szabályozzák azt, hogy az agy éppen milyen működési módban legyen. Ők a rendőrök és a rendeleteket hozó minisztériumi dolgozók, akik az agy társadalmának működését szabályozzák.

Két nemrég megjelent tudományos cikk magyarázatához következik egy kis technikai alapozás. A két cikkben az a közös, hogy mindkettő a Rózsa Balázs vezette Neuronhálózat és Dentritikus Aktivitás Kutatócsoport laboratóriumban készült és saját fejlesztésű, az agyi aktivitás vizsgálatában úttörő technikai újításokat használó 2-foton mikroszkópokat használt.

Találtam egy 105 szerzős cikket 2020ból, ami a muslinca központi agyát (mert hogy több idegdúca van a jószágnak) elektron mikroszkópos szinten 3Dben feltérképezte. Valószínűleg ez az alapja annak az eltúlzott hírnek, hogy megfejtették a muslinca agyát (lásd alant miért tartom az állítást túlzásnak).

Az előzőekben bemutattuk, hogy elő lehet állítani olyan transzgénikus egereket, melyek bizonyos sejtjeikben, azok egy jól meghatározott részén vagy egy meghatározott időben, különböző szintetikus fehérjéket fejeznek ki. Ily módon megjelölhetünk sejteket, fény hatására serkenteni vagy gátolni tudjuk őket, illetve megfigyelhetjük a sejtek működését.

De miért jobb fényt használni, mint az elektromosságot arra, hogy a sejtek aktivitását vizsgáljuk és befolyásoljuk?

Az #agyseta rovat háttérbe szorult mostanában, de szükség van további technikai alapozásra egy hamarosan bemutatandó cikkhez. Hogy adjunk egy barackot a virtuális élménynek, ma az agykutatók fegyvertárának egyik legújabb és legnagyobb ágyúját mutatom be, az Optogenetikai módszereket.

A Dehaene könyv kapcsán érkezett a kérdés.

Nem vagyok etológus, de szerintem tartani fog egy kutyától és kergetni fogja az egeret. A részletek már kérdésesebbek. A macska ösztönösen óvakodik egy nagyobb testű másiktól, még ha ragadozó is és megpróbálja megfogni ami nála kisebb, mivel ragadozó.

De ezeknek a reakcióknak az ösztönös része nagyon elnagyolt lehet, hiszen a genom nem tud precíz viselkedéseket kódolni, az alap reakciókat tanulással finomítani kell.

Egy idegsejt ~20000 szinapszison keresztül kap jeleket, melyeket a dendritjein folyó elektromos áramokká alakítja. Az idegsejtekben a jelösszegzés során ezen kívül még további ionáramok alakulnak ki, melyek a jelerősítésben vagy ha szükséges jelgyengítésben, finomításban játszanak szerepet.

Hogyan vizsgálható a működő agy?

Intézetünk kutatói is részt vesznek a Dana Alapítvány Brain Awereness Week kezdeményezésének magyarországi eseményeiben (Budapest, Debrecen, Pécs, Szeged) az Agykutatás Hete keretében.

A hálózatok duruzsolásának kihallgatására alkalmas módszerek után, ma az egyedi idegsejt viselkedését vizsgáló elektrofiziológiai módszerek kerülnek sorra.
A következő lépés az úgynevezett juxtacelluláris elvezetés. Juxta = közeli, azaz a sejtek közvetlen közeléből vezetünk el egy vékony üvegkapillárissal (~0.5µm).

Ugyan az anatómia fegyvertárából az elektronmikroszkópokat még nem tárgyaltuk, de a változatosság kedvéért kóstoljunk bele az élettan módszereibe is. Mivel az idegsejtek elektromos jeleket használnak, az agyműködés meghatározó kutatómódszere az elektrofiziológia. Bemelegítésként tehát vegyük is át, hogy milyen módszerek használ, és melyikkel mit tudhatunk meg az agyműködésről?

A háttérben szorgosan dolgozunk, hogy a SzürkeÁllomány felhasználóbarátabb és interaktívabb legyen. Sajnos ez részben a programozóink sebességétől és anyagi lehetőségeinktől függ. Két dolgot is megoldottunk a téli szünet alatt!

Az idegsejtekből induló dróton, az axonon a jel egy 2msec-ig tartó 80mV-os feszültségugrás formájában terjed. Ez úgy alakul ki, hogy amikor a sejttesten a membránpotenciál értéke (a serkentés eredményeként beáramló Na⁺ és Ca²⁺ ionok hatására) kellően pozitívvá válik (tüzelési küszöb ~45mV), akkor feszültségre érzékeny Na-csatornák nyílnak meg és a Na⁺ ionok elkezdenek egyensúlyi potenciáljuk (+20mV) irányába áramlani, azaz beáramlanak a sejtbe, pozitívvá teszik azt.

Ha az idegsejtek csak jeleket továbbítanának, mint egy hálózati kábel, nem sok érdekeset csinálnának, a túlélést nemigen segítenék elő, mint ahogy a hálózati kábelen küldött zokni megrendelés sem válik útközben szerelmesverssé. Az idegsejtek funkciójuk szempontjából legfontosabb tulajdonsága, hogy összegzik a rájuk érkező jeleket és ezáltal egyszerű számítási feladatok elvégzésére képesek.

rovat: #könyvajánló

Karácsony előtt jelent meg Stanislas Dehaene: A rugalmas agy - Miért tanulunk hatékonyabban, mint a gépek?  című könyve magyarul, Jakabffy Éva és Imre fordításában, a Typotex kiadó gondozásában.
Dehaene francia megismeréskutató-neuropszichológus a tudatosság idegrendszeri alapjait vizsgálja és meghatározó jelentőségű eredményekkel járult hozzá a tudatosság kialakulásának megértéséhez. 2014ben megjelent könyvét olvasva fogalmazódott meg bennem ennek a blognak a gondolata. Eredményei segítettek összekapcsolni az általam művelt és ismert neurobiológiát, az idegsejtek működését a pszichológiával, az emberi agy magasabb rendű működésével. Ezáltal vált lehetővé, hogy az agy szerveződési szintjein végigsétálva bemutathassam az idegsejtek összjátékából hogyan alakul ki a tudatos agyműködés.

rovat: #agyséta

Az idegsejtek közötti jelátadási procedúra az eddigiek alapján feleslegesen bonyolultnak tűnhet. Joggal kérdezhetné meg az Olvasó, hogy minek ez az egész elektromos jelből kémiai, majd vissza jelátadás? Miért is nem elektromosan kommunikálnak az idegsejtek?

Mint az előző bejegyzésben vázoltuk, az agykéreg összes területe kölcsönös (reciprok, oda-vissza) összeköttetésben áll egy hozzá társult talamusz maggal, melyen keresztül az agy többi részével tart kapcsolatot. Ennek egyik eleme, hogy az agykéreg 6. rétegében található serkentő sejtek (R6 sejtek) axonjaikon információt küldenek a talamusz megfelelő magjába, ahol szintén serkentő sejtek találhatók. Ezek a sejtek az érzékszervek felől (a feldolgozási láncban alulról) érkező információt ötvözik az agykéregből érkező (felülről) információval.

Karácsony előtt jelent meg Hádinger Nóra első szerzőségével (hogy ez mit jelent azt majd a végén) az Acsády László vezette Talamusz Kutatócsoport figyelemre méltó munkája az idegtudományok csúcs folyóiratában a Nature Neuroscience-ben. Azt írták le, hogy az egér frontális agykérgéből indul egy olyan vetítő pálya a talamusz felé, mely a többi agykéreg területből nem.

OOOKKÉÉÉ… És akkor? Azt tudjuk mi az egér, de mi az a frontális agykéreg és mi az a talamusz?

Folytatjuk a durva részt. A membránpotenciál kialakulásánál vannak még bonyolultabb dolgok, ugyanis a sejthártyában található csatornák és pumpák képesek megváltoztatni egyrészt az egyes ionok esetében a sejthártya átjárhatóságát, másrészt a koncentráció különbség ellenébe is képesek ionokat szállítani (meg is teszik, hiszen a sejtek belsejében pontosan meghatározott ionkoncentrációkat kell beállítani a finnyás fehérjék miatt). Szerencsére a fizikusok kitalálták hogyan lehet viszonylag egyszerűen számolni a membránpotenciált.

Kicsit el kell merüljünk abban is, hogy pontosan mik az ionáramok és a feszültségek, amelyek a sejthártyán folynak és kialakulnak, majd összegződnek. Tengerből jöttünk (az ősóceánban alakultak ki az első sejtek) és tengervízből vagyunk. Testünk sejtjeiben a Nátrium- Na⁺, Kálium- K⁺, Kalcium- Ca²⁺ és Klorid- Cl^- ionok hasonló sűrűségben (koncentráció) találhatók meg, mint az ősóceánban, hiszen az első óriásmolekulák (makromolekulák) a fehérjék és a nukleinsavak ott alakultak ki és megfelelő működésükhöz ezekre az ionokra van szükségük megfelelő koncentrációban.

Itt az ideje, hogy visszatérjünk a sok technika után az agyműködésről szóló #agyséta szálra. A leges-legalapabb idegtudományi tudnivalókat foglalom ma össze: Hogyan összegzik az idegrendszer alap építőkövei az idegsejtek a rájuk érkező jeleket és hogyan válaszolnak rájuk?

Egy agyműködésről szóló blog #könyvajánló rovatát nem lehet mással kezdeni, mint Donald Olding Hebb kanadai pszichológus, magyarul is számos kiadásban megjelent könyvével: „A pszichológia alapkérdései”-vel. A könyvet gimnazistaként olvastam, meghatározó élmény volt, és gyanítom jelentősen hozzájárult ahhoz, hogy az agy kutatására adjam a fejem.

Az agyműködés megértéséhez az egyik kulcs annak megértése, hogy mi az a kódolás, mi az hogy reprezentáció? Hogyan képződik le a világ, a feladatok és a megoldások az agyban. Ezt járjuk most egy kicsit körül.
A dolog aktualitását az adja, hogy Újfalussy Balázs (ELKH-KOKI) és Orbán Gergő (ELKH-Wigner) meglehetős sikerrel járták körbe azt a kérdést: „hogyan kódolja az egér agya a lehetséges döntések bizonytalanságát”, ugyanis munkájuk eredményét az eLife című online folyóirat megjelentette. A KOKI weboldalán írunk a cikkről. Azonban úgy gondoltam mielőtt valaki azt elolvasná érdemes egy kis alapozást tartani.

A legutóbb az igáslovaknál hagytuk abba, igaz a fluoreszcens mikroszkóp, már doppingoltnak számít. Hasonló képpel élve ma a táltosokkal és a hétfejű sárkányokkal ismerkedünk. Már csak azért is, mert ezek a mikroszkópok áruk miatt saját istállókban, intézeti műszerközpontokban laknak, ahol számos kutatócsoport használják azokat, eben szakemberek segítik a kutatókat. Intézetünkben is van egy ilyen műszerközpont, ahol számos megtalálható az alanti mikroszkópok közül. Segítségükkel számos kiemelkedő közlemény született mely az idegsejtek jelátviteli folyamataiban szerepet játszó molekulák pontos elhelyezkedését és kölcsönhatásait mutatta ki.

Közzétettük az Intézetben a Magyar Tudomány Ünnepe alkalmából tartott előadások felvételeit a KOKI YouTube csatornáján.

Van ám a pályajelölésnek egy harmadik módja is: a transzneuronális jelölés, azaz amikor a jelölés nem áll meg egy idegsejtnél, hanem annak célsejtjeit is megjelöli a szinapszisokon keresztül hatolva. Ezzel a módszerrel egész kapcsolat láncolatokat lehet feltérképezni. Igazából már a Waller féle axonelvágásos módszer is tudott így működni. Ugyanis, ha egy idegsejt elveszti bemeneteinek nagy részét akkor elpusztul és kisvártatva azok az idegsejtek is elpusztulnak, akiknek első sejtünk küldte volna az ingerületet (ha nem kaptak máshonnan számottevő bemenetet). Tehát ha van egy pályánk, ami meghatározó bemenete egy rendszernek akkor így az egész rendszer felépítése követhető, ha egyre későbbi időpontokban megnézzük hol tart a pusztulás az agyban.

Az anatómusok arzenáljának egy eddig nem említett fontos elemei a különböző kapcsolat és pályakövető eljárások. Ugye, mint korábban vázoltuk egy rendszer megértésében az elemek lajstromozása után a következő lépés az az, hogy melyik elem melyikkel van összekötve. A kapcsolatok lehetnek helyi kapcsolatok különböző sejtek között, illetve távoli kapcsolatok agyterületek között.
Az egy adott területen található idegsejtek helyi kapcsolatainak kvalitatív (leíró jellegű, milyen típusok léteznek) és kvantitatív (megszámoló, melyikből mennyi van) felderítésére más módszereket használnak, mint az agyterületeket összekötő pályák, vetítések vizsgálatára.

Most, hogy átvettük azt, hogyan, miért és milyen mechanizmusokat felhasználva zajlott le az idegrendszer kialakulása, itt az ideje, hogy a lényegre térjek. Milyen lépésekben alakult az állatot védő hámsejt ingerület felvevő és szállító idegsejtté.

A génduplikációt megelőző bejegyzésben a biofilmekig jutottunk el.
De mi az a biofilm? Nem David Attenborough műsora, hanem egy vagy több fajta egysejtű élőlény által kialakított szívós bevonat. A biofilmek jelen vannak mindenhol, ahol az ember nem takarít rendesen, a fogunkon a lepedék, majd az ebből kialakuló fogkő biofilm, a zöldes-fekete trutyi a nedvesedő házfalon biofilm, a mosdókagyló falára tapadt szürke, zsíros réteg biofilm, de az érfalakon lerakodó, a rettentő koleszterin által okozott meszesedés is az.

November harmadika a 197. évfordulója annak, hogy Széchenyi István felajánlotta birtokai egy éves jövedelmét egy "Tudós Társaság" megalapítására. Az MTA erről minden évben 1 hónapos Magyar Tudomány Ünnepe programsorozattal emlékezik meg, melyben a KOKI is részt vesz agykutatásról szóló előadásokkal.

... és hozzájuk tartozó eltérő helyzetben bekapcsolódó szabályozó rendszerek?
Ha van otthon egy bögrénk mit csinálunk vele? Iszunk belőle. Ha van 4? A család minden tagja iszik egyből. És ha 42?

A mostanában elhanyagolt #agyséta rovat elkövetkező bejegyzéseiben azt járjuk körbe, hogy milyen evolúciós hajtóerők hatására és hogyan alakultak ki az idegsejtek és ettől miért lett jobb az állatoknak.

Emlékeztek még rá mi a különbség a kromoszómáinkban lévő DNS és a sejtekben átíródott RNS között?

Viszonylag sokat kellett várnotok a mai bejegyzésre, de az #agyhirek rovatban egy olyan frissen megjelent cikket mutatunk majd be, ami komolyabb felvezetést igényel.

A biológia most ért a részecskegyorsítók korába. A biológusok és közöttük az agykutatók kísérleti rendszerei -bár nem olyan drágák és bonyolultak, mint a CERNben a Higgs-bozon megjósolt létezését bizonyító LHC - de hatalmas mennyiségű információt termelnek. Ebből az adathalmazból az adatbányászat fizikusok, matematikusok által kifejlesztett módszereivel új típusú összefüggéseket és összefüggés hálózatokat lehet kibogozni. Ezeket a módszereket leglátványosabban a genetikai szabályozórendszerek és az agyműködés vizsgálatára használják.

Intézetünk kutatói e két tudományterület metszetében dolgozva jelentős eredményt mutattak fel a PNAS folyóiratban, mely az Amerikai Tudományos Akadémia presztízses kiadványa. Hogy érthető legyen a munka jelentősége szükség van egy kis technikai alapozásra.

Az előzőbejegyzésben bemutaott technikák jellemezték a neuroanatómiát az 1980-2000es években. Jelentős továbblépést a jóminőségű, elérhető fluoreszcens mikroszkópok megjelenése és az ezzel járó fluoreszcens festék fejlesztés jelentette.
Mi is az a fluoreszcens festék és miért fontos? A fluoreszcenciajelensége nevét a fluorit ásványról kapta, melyet az emberi szem számára nem látható (bár azt károsító) UV (ultraibolya) fénnyel megvilágítva az kékes-lilán világít, azaz a spektrum (szivárvány, színskála) egy általunk nem látott tartományában ráeső fényt elnyelve egy általunk látható fényt bocsájt ki. A fluoreszcencia során, tehát egy megfelelő hullámhoszúságú fénnyel megvilágított molekula azt elnyeli, majd gyakorlatilag azonnal egy alacsonyabb, jól meghatározott hullámhosszúságú fényt bocsájt ki. Amikor a fénykibocsájtás nem azonnali, hanem elnyújtott akkor beszélünk foszforeszcenciáról.

A mikroszkópok palettáját már röviden bemutattuk, most kicsit alaposabban vesszük végig melyik mire is való és hogyan kell megfesten a mintákat használatukhoz.

A klasszikus fénymikroszkóp az anatómus laborok igáslova. Minden laborban van több is. Hiszen az anatómusi munka számos fázisában szükséges, hogy alaposabban megnézzük azt a pici dolgot, amivel dolgozunk. Ahhoz, hogy az agyszövetet festeni és vizsgálni lehessen szükséges abból 30-150 µm (mikrométer, a méter egymilliomod része) vastagságú (ez inkább vékony) metszeteket készíteni. Egyrészt, hogy a festéshez használt anyagok be tudjanak diffundálni a metszet teljes mélységébe, másrészt, hogy a fény jelentősebb szóródás nélkül áthatoljon a metszeten és a mikroszkópban éles képet kapjunk.

Rendhagyó lesz a mai bejegyzés, ugyanis nem csak tudományról lesz szó.
Az alkalom erre az, hogy a múlt hét csütörtökén és péntekén rendezte az intézet (ELKH KOKI), immáron a XXIV. KOKI napokat. Intézetünk teljes csapata minden évben két napra elvonul a világ zajától, ahol előadásokat tartunk egymásnak, majd a délutáni-esti bulikon építjük tovább az intézetre amúgy is jellemző baráti, segítőkész lelkületet.
De miért érdekes ez a hír egy tudomány iránt érdeklődő számára?
Mert úgy vélem így kicsit bepillanthat egy kutatóintézet és a tudomány működésébe, hangulatába.

No most fogunk eljutni a belső egyensúlyig (Ommmm).

A fizikai rendszereknek egy igen speciális csoportja létezhet és ezért létezik is, mely utazásunk szempontjából a legfontosabb. Ezek is változó (dinamikus) rendszerek, de ellentétben a kaotikus rendszerekkel, ha valamilyen hatás kitéríti őket eredeti állapotukból akkor beindulnak olyan folyamatok, amelyek visszaterelik őket az eredeti állapot felé. Ezeket hívják homeosztatikus rendszereknek.

Nézzetek körül. Csukjátok be a szemeteket és 10 másodperc múlva újra nézzetek körül. Láttok változást? Mindenhol láttok változást? Ahol láttok milyen az a változás? Ha 10 másodpercre újra becsukjátok a szemeteket meg tudjátok mindenről mondani mit fog csinálni?

Az előző bejegyzés folytatásaként azt mutatjuk be hogyan dolgoznak együtt Intézetünkben biológusok és elméleti kutatók.
Egy összetett rendszer, mint pl. az agy működésének megértésénél a gond az, hogy egyrészt rengeteg alkotóelem befolyásolhatja egy rendszer viselkedését, másrészt a rendelkezésünkre álló adatok alapján számos lehetséges működési elméletet - modellt lehet felállítani arra hogyan, milyen kölcsönhatások alapján működik a rendszer.

„Együtt messzebbre jutunk!” a mottója a mai bejegyzésnek. Egy olyan eredményt és a hozzá vezető utat mutatunk be az #agyhírek rovatban, ahol jól látszik „az idegtudományok” változatosságban rejlő ereje.

Matematikusok, modellező fizikusok és elektrofiziológus neurobiológusok együttes munkájával sikerült megmutatni azt, hogy a tanulás hogyan alakítja ki azt a jól formált kapcsolatrendszert, mely kiegyensúlyozott és hatékony idegsejt működéshez vezet. A cikk az eLife „folyóirat” oldalán érhető el, a KOKI oldalán pedig egy riport olvasható Káli Szabolccsal a kutatás vezetőjével.
A cikk arra kérdésre kereste a választ: „ A memórianyomok kialakításában meghatározó hippokampusz nevű agyterületen az idegsejtek kapcsolatrendszerének milyen tulajdonságokkal kell rendelkeznie, és ez milyen módon alakul ki, hogy az emléknyomok tárolásához szükséges finoman szabályozott idegsejt aktivitás mintázatok létrejöhessenek?”

A Forma 1 egyre gyorsabb és kevesebbet fogyasztó autóit a mérnökök által kidolgozott új megoldások hajtják előre. Hasonlóan, az agykutatás nagy áttöréseit módszertani újdonságok alapozzák meg.

Ahogy azt a „Mi az az idegtudomány?” és a szerveződési szintek-ről szóló bejegyzésekben bemutattuk, az agyat eltérő irányokból vizsgáló kutatók kérdéseik megválaszolására egyedi módszereket használnak. Az egyes vizsgálati módszerek az agy szerkezetének és működésének elemzését különböző térbeli és időbeli léptékben teszik lehetővé.

Beérkeztek az első kérdések így beindul az #agykérdések szál is. Kérdezzetek még a Twitter @SzurkeallomanyB, Instagram @szurkeallomany, Facebook @SzurkeAllomanyBlog csatornákon, vagy a szurkeallomany@koki.hu címre.

A fenti kérdés két másikat vet fel. Az egyik, hogy hogyan tanul az agy? A másik, hogy mikor tanul az agy?

Az agy ugye azért alakult ki, hogy segítségével gazdája megértse, majd előre tudja jelezni az adott környezetben mire számíthat. Mikor kell menekülni, vadászni, beszélgetni, stb… Ahhoz, hogy ezt megtehesse, tanulnia kell, emlékeket kell kialakítania, hogyha ismerős helyzetek bukkannak fel azonosítani tudja őket és a korábban bevált módon cselekedni, vagy ha veszélyt jelez elfutni.

A kutató legörömtelibb pillanatainak egyike, amikor megkapja a hírt az általa kiszemelt tudományos újságtól, hogy kutatótársaival együtt végzett munkájuk eredményét leíró munkájukat (tudományos közlemény) elfogadták és hamarosan a kutatóközösség számára elérhetővé válik (régen nyomtatásban jelent meg és csigapostán érkezett, manapság már PDF formában azonnal letölthető a kiadók szervereiről).

Az #agyhírek rovatban ugye kutatócsoportjaink munkáinak javát igyekszünk mindenki számára befogadhatóvá tenni. Arra gondoltam érdemes lenne először bemutatni hogyan is jutunk el a fenti örömteli pillanatig. Mi is történik egy kutatási ötlettel mire közlemény lesz belőle? Hogyan dolgoznak a kutatók?

Az anatómusok fegyvertárának másik rekesze a Képalkotás. Ahhoz, hogy sejtszinten lássuk hova kötődtek a festékjeink látnunk is kell őket. Erre a sokféle mikroszkópia valamelyikét használjuk.

A legkorábbi. Levenhoek által feltalált, egyszerű fénymikroszkóp, ahol a mintát megvilágítjuk vagy átvilágítjuk erős fehér fénnyel és egy lencserendszerrel felnagyított képet kapunk.

Mint azt a Porszívó szétszerelésénél megtudtuk az anatómus a rögzített, mozdulatlan, halott rendszert vizsgálja, hogy meg tudja milyen elemekből áll a rendszere, ezekből mennyi van, mik a lehetséges kapcsolatok és melyik kapcsolatból mennyi van.

Reméljük sokatokat lelkesíti a tervünk, hogy megpróbáljuk az agyműködés alapjairól és a tudatossághoz vezető folyamatok kialakulásáról összegyűlt tudást megosztani.

A kérdés nagyjából egyidős az emberiséggel és sokan sok irányból közelítették, közelítik. Hogy a leendő olvasók tisztában legyenek azzal, mire is számítsanak az utazás során, beszélnünk kell itt arról, hogy miről nem fogunk beszélni és miért!

Nézzük meg kicsit alaposabban mi történik a szerveződési szintek lépcsőfokain. Van egy rendszerünk mely elemekből áll. Például, egy léggömb tele gázmolekulákkal (amik szintén struktúrák, de ezt itt most elhanyagolhatjuk, hiszen az atomi szerveződési szintet itt nem kell vizsgáljuk). Tudjuk, hogy a molekuláknak van tömege, alakja, és hogy ütközések útján kölcsönhatnak egymással. Azt is tudjuk, hogy a magasabb szintű struktúrának - a gáznak - a lufiban van nyomása, fajhője, megtöri, szórja a fényt, meghatározott sebességgel terjed benne a hang és netán még gyúlékony is lehet. Ezek teljesen más tulajdonságok, mint ami a molekuláit jellemzi. Amikor összerakjuk a molekulákat, azok kölcsönhatásba lépnek egymással (hihetetlen nagy számúba) és felbukkan valami új, számos újabb tulajdonsággal.

A tudományos nyelvben az idegrendszerrel kapcsolatos kutatásokat „neuroscience”-idegtudományok vagy „brain science”- agytudományok neveken azonosítják. Azért van ennek a diszciplínának külön neve, mert több szerveződési szintet vizsgál, több klasszikus tudományág módszereit és megközelítéseit is igénybe véve.

Az #agyhírek rovat bemutatozó bejegyzése a mai. Ebben a rovatban Intézetünk kutatóinak azon eredményeit próbáljuk meg mindenki számára érthetően elmagyarázni, melyek a tudományos világ legelőkelőbb folyóirataiban jelentek meg. De a rovat ad majd helyet a többi magyar kutató hasonlóan rangos eredményinek, illetve ha találkozunk valamilyen kiemelkedően fontos nemzetközi, agykutatáshoz kapcsolódó munkával annak is itt a helye. És természetesen a kérdezz-felelek jegyében ha olyan agykutatáshoz kapcsolódó közleményre akad valaki amit szeretné ha emészthetően megvilágítanánk akkor küldje el a cikket és kérdéseit valamelyik csatornán nekünk:

• írhatsz nekünk a szurkeallomany@koki.hu címre
• Twitter @SzurkeallomanyB,
• Instagram @szurkeallomany  
• Facebook @SzurkeAllomanyBlog

A mai szösszenetben azzal kezdjük mit is jelent az, hogy szerveződési szint.

A kémikusok a világot vizsgálva feltárták, hogy az általunk érzékelhető világ molekulákból és atomokból áll. A fizikusok tovább ástak és kimutatták, hogy az atomok atommagból és elektronokból, a mag protonokból és neutronokból áll. De még ezek sem bizonyultak alapegységeknek, mivel kvarkokból állnak össze. A húrelmélet szerint az összes elemi részecske mögött sokdimenziós rezonáló húrok állnak, de idáig már nem megyünk le. Felfelé indulva a biológusok felderítették, hogy a molekulák sejtalkotórészekké, ezek sejtekké, majd szövetekké állnak össze. Több szövetből állnak funkcionális egységekké a szervek, amelyek szervezeteket, élőlényeket alkotnak. Az etológusok és ökológusok azt kutatják, hogy egy faj egyedei vagy több faj együtt hogyan viselkednek, milyen közösségeket alkotnak. Az emberi közösségek esetében közgazdászok és történészek vizsgálják, hogy mi történik a közösségek kölcsönhatása során.

A szerszámosláda

Az agyat alkotó sejtek kicsik (a sejtek központjának a sejttestnek az átmérője 20-30 mikrométer, azaz a méter milliomod vagy a milliméter ezred részéből kell 20at venni). Az őket összekötő nyúlványrendszer ágainak vastagsága (0.3-2 mikrométer) és a közöttük levő szinapszisok (150 nanométer) még kisebbek. A sejteket felépítő fehérjék még ennél is apróbbak. Neo a Mátrixban azt mondta: „I want guns! Lots of guns!”. Az agykutató anatómus azt mondja: „Mikroszkópokat akarok! Sok mikroszkópot!”

Ez az #agytechnikák rovat bemelegítő bejegyzése. Ahhoz, hogy segítsük a más szálakon bemutatott eredmények megértését, ezen a szálon bemutatjuk majd az agykutatásban használt modern módszereket. A bejegyzés áttekinti a kérdéseket és hogy melyikre milyen módszerrel lehet válaszolni.

Hogy megértsük a Természetes Kiválasztódás elméletét és annak következményeit érdemes összefoglalni annak 3 elemét: Öröklődés, Változatosság, Szelekció. Mi is történik az Evolúció során? 1) Az élőlények tulajdonságaikat DNS-ükön keresztül átadják utódaiknak, akik azt tovább adják. 2) Egyik generációról a másikra az átadott információ nem teljesen pontosan kerül át, az utódok tulajdonságai kicsit eltérnek a szülők tulajdonságaitól. 3) Az adott környezetben az utódok egy része az adott génekkel jobban boldogul, mint mások, több utódot nevel és ezek továbbadják az adott környezetben hatékonyabbnak bizonyuló génjeiket.

Ezzel a bejegyzéssel indítjuk az #agyséta rovatot, ami egy túra lesz az agy szerveződési szintjein felfelé. Túrázáshoz nem csak útiterv, de felszerelés is kell. Felszerelésünk legfontosabb elemei azok a fontos alapelvek, elméletek és azok tanulságaik lesznek, amiknek keretében az agyműködés jelenségeit és szintjeit könnyebben megérthetjük.

Kedves Érdeklődő!

A SzürkeÁllomány tudományos blogot azzal szándékkal indítjuk, hogy bemutassuk hol tart most az agykutatás. A lendületet az az élmény adta, hogy az elmúlt évtizedben két fontos dolog történt az agy kutatásában. Egyrészt a számítástechnika és elektronika fejlődésének köszönhetően számos új módszert dolgoztak ki, melyek képesek finom tér és időbeli felbontással elemezni az élő és működő agy nagyszámú idegsejtjének működését. Másrészt a matematikusok és fizikusok által kidolgozott, „big data” adatelemző módszereket is bevetették az agyban megfigyelt kölcsönhatások elemzésében. Egy bátor állítással azt mondhatjuk, hogy van már fogalmunk arról, hogy a hálózatokat alkotó idegsejtek kölcsönhatásából hogyan alakul ki a tudatos gondolkodás.