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.
A programozott sejthalál periódusával majdnem le is zárul az agyi területek és kapcsolatrendszereik kialakulása, melyet a másik program bekapcsolása követ, melynek során a szinaptikus kapcsolások finomhangolása történik meg a felnövekvő egyedben, tanulás útján, melyet a Hebb-szabály segít.
Mielőtt erre lépünk, még be kell mutassak egy átmeneti mechanizmust. Ez pedig a terjedő idegsejt aktivitás hullámok. A látó, halló és tapintó rendszerben megfigyelhető, hogy a látószerv (recehártya), a halló szerv (Corti-szerv, hallócsiga) és a testfelszín meghatározott, jól rendezett, térképszerű módon vetül a thalamusba és onnan tovább a megfelelő agykérgekbe. A retina két pontja az elsődleges látókéreg két szomszédos pontjára vetül, egyféle letérképezés történik. Ugyanígy két közeli hangmagasság a hallókéreg két közeli területét ingerli. És hát az iskolában be szokták mutatni a homonkuluszt, a nagy nyelvű, nagy ajkú, nagy kezű, kicsi emberkét, mely testfelszínünk vetületét mutatta be az érző agykéregben. Azt láttuk, hogy mondjuk a látó thalamuszból hogyan találnak el az axonok a látókéregbe. De hogyan alakulnak ki a megfigyelt térkép szerű vetítések? A megfejtést a látórendszer vizsgálata adta. Amikor az axonok elérik a thalamuszban és a látókéregben a célsejteket, akkor a retina véletlenszerű pontjaiból aktivitás hullámok indulnak ki. Mi ennek hatása?
A felső ábrán az egér retinájának egy pontjából eredő axonjainak elágazásrendszere látható az agyban. Az 1 napos egérben az axonok még összevissza futnak mindenfelé. A negyedik napra már körülhatároltabb területen, a nyolcadik napon, pedig pontszerűen végződnek. Amikor a retina egy pontja a megszületett, de még vak kisegérben működésbe lép, akkor erről a pontról, az axonok mentén beterjed a jel az agyba. Amikor az aktivitás a hullámmal kicsit odébb mozdul a beterjedő aktivitás, újabb axonok aktiválódnak az agyban. De csak azok az axonágak fognak megmaradni, amelyek aktiválódása az agyban is egymáshoz közel történt. Néhány nap és több ezer aktivációs hullám után, az axonvégződések úgy rendeződnek át az agyban, hogy a retina közeli pontjairól az agy közeli pontjaira futó axonok maradnak csak meg. Amikor érzéstelenítővel gátolták ezeket a hullámokat a retinában, a kisegérben az axonok olyanok maradtak, mint az A ábrarészen, nem tudott kialakulni a térkép szerű vetítés és az állat nem tanult meg látni.
Ezt a folyamatot azért szúrtam be az agy anatómiai fejlődése és a szinaptikus kapcsolatokat finomító tanulás közé, mert egyrészt részt vesz a kapcsolatrendszer kialakításában, másrészt már a tanulás alapjául szolgáló Hebb-szabályt használja. Azt is bemutatja, hogy az agy a fejlődés során véletlenszerűen sokkal több axont (és idegsejtet) növeszt, mint amire később szükség van. Ugyanis a későbbiekben már nem keletkeznek új idegsejtek (és alapvető pályák, kivéve a kamasz kor agyi átzsinórozódását) és ezért az átalakítás csak ritkítás után oldható meg.
Folyt köv.
Szerző: Gulyás Attila