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.

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). 

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Hogy az előző bejegyzésben bemutatott mérések alapján megértsük, hogyan hangolódnak egymáshoz az egyterületek az agyműködés során, egy meglehetősen bonyolult rejtvény kell megfejteni: az egy-egy kísérlet során keletkező hatalmas adatmennyiséget (naponta akár több TB) zajmentesíteni, majd értelmezni is kell. Ebben matematikusok és fizikusok által fejlesztett összetett statisztikai módszerek és modellek segítenek. 

Az fMRI-vizsgálatok (nyugalmi állapotú és a feladat-alapú mérések) alapján az derült ki, hogy az agyterületek nem véletlenszerűen aktiválódnak, hanem egymást váltó, számos agyterületre kiterjedő jellegzetes funkcionális hálózatokba kapcsolódnak, egy-egy feladat vagy részfeladat hatékony megoldására. Ezek a hálózatok különféle érzékszervi, motivációs, kognitív és szociális folyamatokhoz kapcsolódnak, egymást részben kizáró agyi működési módokat valósítanak meg.

Akkor nézzük a belső és külső ingerekre aktiválódó hálózatokat, melyek a DMN helyére lépnek amikor „helyzet van”.
A két figyelmi hálózatból, egyik a külvilágra, a másik belső történésekre figyel:

Visszatérünk az agysétához, amiben legutóbb az agy pillanatról-pillanatra változó funkcionális hálózatait mutattuk be, melyekben a feladat függvényében, más-más összekapcsolt agyterületek vesznek részt.

Felmerül a kérdés: De mi szervezi meg, hogy egy-egy esetben, egy inger érkezésekor, egy feladat megoldásakor, a különböző agyi területek más-más hálózatokban és megfelelő időzítésben működjenek együtt?
Minden jel arra mutat ebben a homloklebenynek, a kéreg alatti területeknek, illetve ezek együttműködésének van szerepe. 

Két dolgot kell megszervezniük:

1) mely agyterületek legyenek bekapcsolva, és

2) milyen időzítésben váltsanak a működési módok között, hogy hatékonyan tudjanak kommunikálni. Erről szól az elkövetkező néhány bejegyzés.

Mit adtak hozzá az előző bejegyzésben tárgyalt eredmények a tudatelmélethez? Kísérleti eredményei alapján Dehaene, mentorával Jean-Pierre Changeux-vel módosította Bernard Baars megismeréskutató 1988-as Global Workspace Theory modelljét és megalkották a tudatosság Global Neuronal Worspace (Általános Idegi Munkatér, GNW) modelljével.

A GNW kísérleti megalapozását már áttekintettük, és nagyjából értjük a tudattartalmak dinamikáját. A kérdés azonban továbbra is nyitott: Hogyan képes a homloklebeny más agyterületeket — elsősorban az agykérget — összehangolt működésű hálózatokba szervezni?
Az anatómiai kapcsolatok alapján legalább három lehetséges „meghívó” útvonal rajzolódik ki:

Emlékszik még rá valaki? A második évadban, amikor a kishálózatok tulajdonságait tárgyaltuk, a konnekcionizmus és a PDP keretében, a soros és párhuzamos feldolgozás különbségeit és ellentmondásait is tárgyaltuk. Egy 3 évtizeden átnyúló fejtörésem az volt: Hogyan tud az alapjában párhuzamosan működő idegsejthálózatokból álló, és ezért példákból tanuló és általánosítani nem képes agy algoritmikusan, lépésről lépésre, sorosan, algoritmikusan gondolkodni? 

Ez előzően tárgyalt párhuzamos–soros működés mellett a konnekcionizmus körül két további „rejtett ellentétpár” is megjelenik. Ezek első ránézésre hasonlónak tűnnek, de valójában külön kérdésekre adnak eltérő válaszokat. Az egyik kérdés az: Hogy hogyan történik a számítás? A másik az: Hogyan van ábrázolva a tudás? Ez a kettő gyakran összekeveredik – innen a zavar.

És ha már soros-párhuzamos, intuitív-logikus, neuronális-szimbolikus, akkor pont ide illik, hogy a nyelv, a beszéd, a gondolkodás és a tudat kérdését is megforgassuk az elménkben.
Először is kezdjük azzal, hogy az emberi nyelv egy soros (serial) kommunikációs forma. Gyaníthatóan a hanghullámok, a hangképzés és a hallás fizikája miatt. Amit mondunk, azt csak időben egymás után rendezve tudjuk elmondani, és hogy bármit ily módon egyértelműen tudjunk rendezni, bonyolult szabályokra, szintaxisra van szükség. Nehéz párhuzamos dolgokat (érzelmek, érzések, absztrakt struktúrák) sorosan elmesélni.

A nyelv és a tudat viszonyának tisztázása után egy minisorozatban azt beszéljük meg, hogy a tudat nem szilárd, hanem változékony, illékony. Először a „tudatállapotok szivárványa” címet akartam adni ennek minisorozatnak, de a szivárványban van egyfajta kéktől- vörösig egyirányú haladás.

Azt már tisztáztuk, hogy a törzsfejlődés során a tudat nem „nulla vagy semmi”. De most az is kiderül, még csak nem is egy egyenes mentén elhelyezhető jelenség. Nem egyetlen kapcsoló állása határozza meg, hanem egy többdimenziós állapottér, amelyben az agy különböző funkcionális rendszerei eltérő kölcsönható állapotokba rendeződnek.

Az emberi tudatállapotok alaposabb kifejtésével folytatjuk az előző bejegyzést.

Az egészséges tudatállapot prototípusa a nyugodt éber állapot. Ilyenkor az agy éberségi szintje közepes, a külső és belső ingerek egyaránt hozzáférhetők, a figyelem rugalmasan vált a külvilág és a belső mentális tartalmak között (váltogatják egymást a funkcionális hálózatok). A GNW működőképes, de nem túlfeszített: a releváns információk hozzáférhetővé válnak, miközben a háttérben a DMN biztosítja az önélmény időbeli folytonosságát. Ebben az állapotban az Én stabil, a döntések összekapcsolódnak a korábbi tapasztalatokkal és jövőbeli célokkal, a tudatos élmény pedig összefüggő élményfolyamba rendeződik.

A magyar műtéti altatás szó angol megfelelője a „general anaesthesia” (GA), általános érzéstelenítésnek lehet fordítani. Pontosabb, mint a félrevezető magyar elnevezés. Ugyanis, GA-ban az agy működése egyáltalán nem hasonlít a természetesen alvó agy működésére. Más EEG mintázatokat mutat, és ami fontos, ebből az agyat külső erős ingerek (fájdalom) sem tudják felébreszteni. Sokáig senkinek lövése sem volt arról, mi is történik GA alatt. Hogy mi altató, mi méreg és mi fájdalomcsillapító, meglehetősen kiszámíthatatlan.

Az agyi összerendezettség vizsgálata az aneszteziológiai gyakorlatban is megjelent, különösen az altatás mélységének monitorozásában. Az altató orvos feladata hihetetlenül fontos és nehéz. A beteget az élet és a halál között kell tartania. Az altatószerek pontos adagolást igényelnek, hiszen „mérgezik” az agyi kapcsolatokat.

Neurobiológia-neuropszichológia gondolatmenetünk alapján –miszerint a tudatélmény a hierarchikusan szervezett agyi modulok dinamikus kölcsönhatásából fakad– persze nyilvánvaló, hogy mivel az agyak mérete az evolúció során folyamatosan növekszik, a bennük kialakuló tudatélmény sem „nulla vagy semmi”, hanem egy skálán helyezkedik el. Egy kutya nyilván gazdagabb tudatélménnyel rendelkezik, mint egy pocok, akinél kevesebb tudatélménnyel egy hal vagy egy csiga rendelkezhet.

Még egy tudatállapotot befolyásoló dimenziót érintenünk kell. Ez pedig az idő, az életkor. Csecsemő-, gyermek-, serdülő-, felnőtt- és idős-korról beszélünk. A tagolás nem véletlen, hiszen más történik az egyes életszakaszokban, más feladatokat kell megoldanunk, ugyanarra a feladatra más döntéseket kell hoznunk. Ez így megy az élővilágban, kb. a többsejtűség kialakulása óta, úgy 1.2 milliárd - 700 millió éve. Azóta vannak eltérő korú, életfázisú egyedek. Azelőtt csak sejtek voltak, amik osztódtak, aztán kezdték elölről, nem öregedtek, nem haltak meg, legfeljebb megette őket valaki. 

És akkor az emberiség nagy kérdése. Ki vagyok én? Mi az az ÉN? Descartes „Gondolkodom tehát vagyok” kijelentését átfogalmazva: Modulokban működő agyam pillanatról-pillanatra változó mintázatai által kialakított film vagyok. Vagy rövidebben az Én: Egymástól függetlenül működő alrendszerek kommunikációjának átélése. 

Van még egy kérdés, amit az Én kapcsán körbe kell járnunk. Mint láttuk, Énünk egyik alapeleme, hogy van benne egy a múltból a jövőbe húzódó fonál. Ennek szerves részét képezik motivációink, feladataink, „To Do” listáink. A kérdés itt az, hogy: Tudjuk-e mely agyterületek felelősek az aktualitásokért és a hosszabb távú megoldandó problémák listázásáért?