Szürke Állomány, Blog az agyműködésről

    A blogot azzal szándékkal indítottuk, hogy közérthetően bemutassuk hol tart most az agykutatás. Az elmúlt évtizedben kidolgozott új módszerek képesek finom tér és időbeli felbontással elemezni az élő és működő agy nagyszámú idegsejtjének működését. Egy bátor állítással azt mondhatjuk, hogy van már fogalmunk arról, hogy a hálózatokat alkotó idegsejtek kölcsönhatásából hogyan alakul ki a tudatos gondolkodás.

    Nem egy kimerítő, részletekbe menő anyagot akarunk a fejetekbe tömni. Inkább az alapelvekre, szerveződési és működési szabályokra tesszük a hangsúlyt, sok példával és személyes élménybeszámolókkal. A rendszeresen megjelenő tartalom több rovatban fut majd, ha valaki csak egyes elemekre kíváncsi az alanti linkeken azt is megtalálja:

 

#agyséta: A Szürke Állomány gerince. Bejárjuk az agy szerveződési szintjeit, bemutatva azok szerkezetét, működését, illetve, hogy a szintek hogyan épülnek egymásra, hogyan juthatunk el az idegsejtek működésétől a tudatosságot megalapozó folyamatokig?
#agyhírek: Érthető, élvezhető módon szeretnénk bemutatni, a KOKIban, illetve tágabban a magyar agykutatásban milyen új eredmények láttak napvilágot.
#agytechnikák: Az agykutatásban és megismeréstudományban használt módszerek bemutatása.
#könyvajánló: Újonnan megjelent vagy már régóta elérhető figyelemre méltó, szemléletformáló könyvekről írunk.
#diákélet: „Meghívjuk” az Intézetünkben kutató diákokokat, illetve doktoranduszokat beszéljenek a kutatói életről.
#agykérdések: Tegyetek fel kérdéseket! Válaszolunk rájuk.

#AI: A mesterséges intelligencia és az ember agy kapcsolatát érintő témák

A blog elérhető még:  RSS, Twitter, Instagram, Facebook, email

Dr. Gulyás Attila

Nincs megjeleníthető elem

Emlős agy, madár agy: Ki a fejlettebb?

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...

 

Az agyfejlődés programja III: a második program, a tanulás

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.

Az agyfejlődés programja II.: túltermelés és térképek az agyban

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 programja I.: idegsejtfejlődés, kapcsolatépítés

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.

Az űrhajós meséje: a biológia tervrajz helyett programot használ

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.

Halál utáni élmények, a fehér fény és a hasbarúgás esete

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...

Gyógyszerészeti gyorstalpaló VI: Összefoglalás

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.

Gyógyszerészeti gyorstalpaló IV: Ki kicsoda, mit csinál és mi bajod lesz tőle

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.

Gyógyszerészeti gyorstalpaló III: a függőség biológiája

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.

Gyógyszerészeti gyorstalpaló II: hol és hogyan?

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.

Mérgek, kábítószerek, gyógyszerek: gyógyszerészeti gyorstalpaló I.

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.

Soros és párhuzamos egymás tükörképei

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.

Agykutatás Hete 2024, országszerte

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. 

 
 

 

 

Soros vs. párhuzamos feldolgozás

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.

 
 

 

 

Kérdezz bármit! II.

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?

 

Kérdezz bármit! I.

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 :)

Hogyan lehetek kutató? II.

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.

Hogyan lehetek kutató? I.

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 harmadik elméleti keret: Konnekcionizmus és PDP II.

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 harmadik elméleti keret: Konnekcionizmus és PDP I.

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 férfi aki kalapnak nézte a feleségét

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.

Zümmögés az agy körül: Te is vegyél részt az IBB versenyen

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.

Agyi kommunikációs zavarok III: Deja vu

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.

Agyi kommunikációs zavarok II: Miben különbözik a skizofrének agya a nem skizofrénekétől?

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.

Agyi kommunikációs zavarok minisorozat I: Pszichopátia

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 visszacsatolás dícsérete: a percepció modern elmélete

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.

 
 

 

 

Miért emlékeznek az öregek a gyerekkori emlékeikre jobban, mint a közelmúltra?

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 macskakölyök meséje: Hogyan formálódnak a hálózatok és hova jutnak 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.

 
 

 

 

Hogyan kódolják az idegsejtek a külvilágot: reprezentáció – receptív mezők, populációs kód

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.

A 2023-as Magyar Tudomány Ünnepe előadások felvétele

Kedves Olvasók!

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

 

Az előadások programja itt található.

 

 

Mátrix forradalmak: Mintagenerálás, önálló aktivitás, általánosítás, csoportosítás …

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.

Testvérblog: Agykutatás egyszerűen

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!

 

 

Neuronhálók újratöltve: A mátrix memória

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.

AI a biológiában - MTA előadás

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.

Hogyan időzít agyunk?

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?

 
 

 

 

Technikai: A Hebb szabály molekuláris mechanizmusai

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.

 
 

 

 

Hogyan őrizzük meg agyunk frissességét?

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 tengerinyúl és a csikóhal története: a tanulás útjai

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. 

A kutya meséje: a tanulás feltalálása

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.

 
 

 

 

Milyen gyorsak az idegsejtek?

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 vagy, vagy bagoly? Mi szabja meg mikor vagyunk aktívak?

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.

Az örvényféreg meséje II: Hogyan dönt az idegrendszer?

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.

Mesterségem: mesterséges neuropszichológus. Gépterapeuta kerestetik 😊

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 örvényféreg meséje I: hogyan készül egy modell állat?

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.

Hajrá élet! Az evolúció tíz legnagyobb találmánya

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.

Jill Bolte Taylor: Mennybe döngölve. A bal félteke boldogsága.

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.

 
 

 

 

Az AGI, a tudatosság és a jövő

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?

NI és AI, esetleg AGI: ki tudatos és ki intelligens?

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?

Rendrakás az agy, elme és AI fiókjaiban II.: Agyi szószedet

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

Rendrakás az agy, elme és AI fiókjaiban I.: A tudatos agy funkcionális darabolása

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.

SzürkeÁllomány második évad: a hálózatok kialakulása

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.

 
 

 

 

Kutatók Éjszakája szeptember 29

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

Az idegsejtek működésének hangolása II: A jelösszegződés finomhangolásának módjai

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.

 

Az idegsejtek működésének hangolása I: A jelátvitel szintjei.

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.

eMikroszkópok: Melyik mit mutat?

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.

Naptárba vele! Az idei ősz tudománynépszerűsítő eseményei.

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.

eMikroszkóp: Az elektronmikroszkópok működése

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.

Agyunk PPU-ja a kisagy!

„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.

Miben tér el az agykéreg a kéreg alatti területektől?

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 agy darabolása: az agykéreg és a kéreg alatti területek funkciója

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 idegrendszer részeinek evolúciója

Az #agysétában eddig láttuk hogyan működnek az egyszerű idegsejtek és milyen kölcsönhatásokba lépnek. A 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?

Mit írt az elektrubadúr a gliasejtekről?

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.

 
 

 

 

Dadusok és bestiák: A gliák funkciója

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.

Dadusok és bestiák: A vér-agy gát és az agyi immunrendszer.

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.

Dadusok és bestiák: A gliák kialakulása és fejlődése

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.

Dadusok és bestiák: Felvezetés

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.

Betiltsák-e az állatkísérleteket Európában? Van olyan, amit igen, van olyan, amit nem!

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.

Hol fáj? Mármint hogy a sérülés helyén vagy az agyunkban?

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?

 
 

 

 

Megfejteni az idegsejtek suttogását: az idegsejt aktivitás mintázatok azonosítása (folytatás)

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).

 
 

 

 

Pályázati siker: Mit tehetünk a gondolatok remegésének megállítására?

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.

Megfejteni az idegsejtek suttogását: az idegsejt aktivitás mintázatok azonosítása

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).

Megfejteni az idegsejtek suttogását: a sejtek elválasztása

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.

 
 

 

 

Könyvlista, amiről majd írni szeretnék

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.

Kihallgatni az idegsejtek suttogását: sokelektródás elvezetések

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.

A kétlábra állás meséje: mi kell egy nagy agyhoz?

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 kétlábra állás meséje: az energiazabáló agy.

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.

Mesterséges idegsejtek: hogyan írják le a matematikusok az idegsejtek jelfeldolgozását?

Az #agyséta előző cikkeiben egyszerűen, majd részletekbe menően is átvettük, hogy egy biológiai idegsejt hogyan összegzi a rá érkező ingerületeket és a kiváltott válasz jel 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, mindig a legegyszerűbb leírását próbálja adni egy problémának. Sokan ott buknak el, hogy ehhez a matematikus a saját nyelvét, a képletekkel leírt egyenleteket használja.

Mitől tört össze a tányér? Az élmény összeszerelése az összefüggéskereső agyban.

Az agy hihetetlenül érzékeny az összefüggések, leginkább az időbeli összefüggések, felismerésére. Ez időnként egészen furcsa élményt is okozhat. Egyszer tizedmásodpercekkel azután ejtett le és tört össze valaki a konyhában egy tányért a hátam mögött, miután én megnyomtam a mikrohullámú sütő bekapcsoló gombját. Határozottan az az érzésem volt, hogy a sütő gomb megnyomására a továbbiakban is tányérok fognak összetörni. Az agy ugyanis okságokat keres a környezetében történő fontos (ijesztő, fájdalma vagy kellemes) dolgok között. Erre a legjobb az, hogyha nagyon érzékeny az időbeli összeesésekre. Persze aztán az előző cikk megerősítő rendszerei is kellenek, hogy valóban fontos-e az éppen talált összefüggés.

Az agyban mi az információhordozó?

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.

Hogyan villog az egér feje amikor jutalmat vagy büntetést kap? A tanulás megerősítésének agyi folyamatai.

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.

Hullámvasút mikroszkópia gyors idegsejt mozik készítéséhez.

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.

Kérdés: Igaz-e, hogy a muslica agya már meg van fejtve? Talán a macskáé is?

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).

 
 

 

 

Optogenetika: világító gamer egerek távirányítással és idegsejt mozi 2.

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?

Optogenetika: világító gamer egerek távirányítással és idegsejt mozi 1

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.

Kérdés: Az a macska amelyik laborban nő fel, fog félni a kutyától, és üldözni fogja az egeret? Vagy ezt később, az anyjától tanulja meg?

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.

Mit is hallunk pontosan az elektródáinkkal? Az EEG jelek kialakulásának ördögi részletei

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.

 
 

 

 

Agykutatás Napjai Budapesten 2023. március 17-18.

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.

Sokat kevésről vagy keveset sokról: az elektrofiziológiai módszerek palettája II.

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).

Sokat kevésről vagy keveset sokról: az elektrofiziológiai módszerek palettája I.

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?

Tedd fel kérdéseidet!

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!

Miért ugrál terjedés közben az akciós potenciál?

Az idegsejtekből induló dróton, az axonon a jel egy 2msec-ig tartó 80mV-os feszültségugrás formájában terjed. Ez úgy alakul ki, hogy amikor a sejtesten 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.

Jelterjedés és jelösszegződés az idegsejtekben

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.

Könyvajánló: A rugalmas agy - Miért tanulunk hatékonyabban, mint a gépek?

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.

Kvadrillió mikroerősítő az agyban: a szinapszis

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?

Telefonközpont az agyban: a talamusz és az agykéreg kapcsolatának új eleme

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.

Telefonközpont az agyban: az agyműködés összehangolásának lehetséges mechanizmusát tárták fel Intézetünk kutatói

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?

Merre húzzák K+ovácsék a kötelet:? A szinaptikus áramok és az akciós potenciálok kialakulása

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.

Tengerből jöttünk és tengervízből vagyunk: a membránfeszültség kialakulása az idegsejtekben.

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 Na+, K+, Ca2+ és 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.

A legalapabb alapok: A jeláramlás lépései az idegsejtekben

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?

Ha egy pszichológia könyvet olvasnál életedben: Donald O. Hebb - A pszichológia alapkérdései

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.

Hogyan látják az idegsejtek a világot? A kódolás trükkjei.

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.

Az ibolyán túl: a konfokális és szuperreszolúciós mikroszkópok

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.

MTÜ 2022 előadás videók a KOKI YouTube csatornáján

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

Ki-kivel van? Az agyi kapcsolatok felderítésének módszerei II.

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.

Ki-kivel van? Az agyi kapcsolatok felderítésének módszerei I.

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.

Köpönyegből messzelátó, az idegsejt és a környezetre adott válasz feltalálása

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 biofilmek ragadós trutyijától a bukfencező hidráig

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.

Ünnepeljük a Magyar Tudományt!

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.

Hogyan alakulnak ki új funkciókat megvalósító rendszerek (gének, sejtek, szervek)?

... 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 korai evolúció és a többsejtűek kialakulása

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

Hogyan keressük a tűt a genetikai szénakazalban?

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

Hány génünk van és ezek hányféle módon kapcsolódhatnak be?

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.

A doppingolt igásló: a fluoreszcens festések és mikroszkópok

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.

Hogyan használják a neuroanatómusok igáslovukat, a fénymikroszkópot?

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.

Remete buli, a kreativitás zajaival

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.

Állandó, Változó, változó állandóság és állandó változás. A Homeosztázis fogalma II.

No most fogunk eljutni a belső egyensúlyig (Ommmm).

Lehet, és ezért van is, a fizikai rendszereknek egy igen speciális csoportja, 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.

Állandó, Változó, változó állandóság és állandó változás: a Homeosztázis fogalma I.

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?

Digitális patkány a Mátrixban, reloaded

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.

Digitális patkány a Mátrixban I.

„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 módszerek szivárványa: Mekkorát és milyen gyorsan szeretnél látni?

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.

 

Agykérdés: A memória intenzívebb, ha érzelem is kapcsolódik hozzá. Ez milyen (kémiai?) folyamatban realizálódik?

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.

Mi történik a kérdés és a válasz között?

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?

Ki-kivel van: az anatómusok fegyvertára II.

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.

Ki-kivel van: az anatómusok fegyvertára I.

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.

Miről nem beszélünk

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!

 

Keretezzünk elméletekkel II: Az Emergencia fogalma

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, itt). 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 kölcsönhatásba lépnek egymással (hihetetlen nagy számúba) és felbukkan valami új, számos újabb tulajdonsággal.

Mi az az idegtudomány?

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.

Idegsejt upgrade

 

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:

 

 

 

Keretezzünk elméletekkel II: A szerveződési szintek fogalma

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, hanem 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 a következő funkcionális egységek 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 porszívó szétszerelése: Milyen lépésekben értjük meg hogy működik valami? (2)

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!”




A porszívó szétszerelése: Milyen lépésekben értjük meg hogy működik valami?

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.

Keretezzünk elméletekkel I: A vak órásmester

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.