Miben tér el az agykéreg a kéreg alatti területektől?

Mások, a szerotonin vagy a szomatosztatin pedig a bélidegrendszer fontos ingerületátvivő anyagai (még a hisztamin is). A kéreg alatti területek hasonló transzmittereket tartalmazó magjai diffúz, egymásba fonódó és a szervezet belső egyensúlyának irányításában meghatározó magrendszereket alkotnak.
Az egyes transzmitter rendszerek a szervezet működésének eltérő aspektusainak szabályozásáért felelősek és károsodásuk vezet számos gyakori idegrendszeri megbetegedéshez. Az acetil-kolin tartalmú magrendszer az ébrenlét biztosításában, valamint a tanulás és memória szabályozásában fontos. A rendszer károsodása Alzheimer kórhoz, korai szenilitáshoz vezet. A szerotonin rendszer az alvás-ébrenlét napi ciklusának szabályozásán keresztül a hangulat, emóciók, étvágy és szexuális hajtóerő szabályozásában játszik szerepet. Zavarai az oly sokakat érintő depressziót okozzák. Az adrenalin és noradrenalin az éberség és figyelem szabályozásában, valamint a készenléti állapot létrehozásában fontos. Ennek eltúlzott és krónikus működése a stressz. A hisztamin szintén fontos az ébrenléthez és a készenléthez. A dopamin szerepet játszik a motivációban, mozgásszabályozásban és a tanulás szabályozásában, ő a boldogsághormon. A rendszer egyensúlyának megbomlása figyelhető meg szenvedélybetegeknél, illetve a dopamin tartalmú sejtek pusztulása okozza a Parkinson kórt. Egy viszonylag későn felfedezett rendszer egy orexin nevezetű átvivőanyagot használ és összehangolja az éberséget, ébrenlétet és a szervezet energiaháztartását. Az endorfinok fájdalomcsillapítók, felszabadulásuk eufóriát okoz. Erős fizikai terheléskor szabadulnak fel, hogy ne érezzük a fáradtságot míg menekülni vagy támadni kell. A legerősebb függőséget kiváltó kábítószerek, a mákszármazékok (ópium, heroin, és a Michael Jacksont és még sok százezer amerikait megölő fentanil) ezeknek az anyagoknak a hatását utánozzák. Ártalmatlanabb formája a runners high, a hosszútávfutók futás függősége. Mivel szervezetük hozzászokott a hosszú futások során felszabaduló endorfinokhoz, szükségük van a futásra, hogy igazán jól érezék magukat. Ezek a rendszerek mind idegsejt nyúlvány kapcsolataik, mind a transzmitterek egy részének egymásba alakulása útján összefonódnak és ez vezet a szervezet egyes homeosztatikus funkcióinak összehangolásához.

Mint korábban láttuk, ezek a szabályozó rendszerek az agyfejlődés korai állapotában kialakult területek részei és alapvető életfenntartó szerepük van, emiatt szerkezetük és összeköttetésrendszerük genetikailag meghatározott, csak kisfokú rugalmasságot mutatnak. Az egyes területek egyedi szerkezetű célprocesszorok, egyszerű feladatok merev megvalósítására. Leginkább egy a szobánkban a hőmérsékletet szabályozó termosztáthoz, a bluetooth-os fülhallgatónk elektronikájához, vagy a WC tartályt vízzel feltöltő szeleprendszerhez hasonlíthatók. Egy dolgot tudnak, de azt hatékonyan.
De miben más az agykéreg (és sok tekintetben a talamusz és striátum) szerveződése és működése, mint a kéreg alatti területeké?

Az agy tömegének jelentős részét alkotó, az előagy két féltekéjének felszínét borító agykéreg hasonló alapszerveződést mutat minden területén. A szerveződés alapelveiről és variációiról bővebben lesz még majd szó.
Itt most röviden: a jól meghatározott típusú sejtek az agyfelszínre merőleges oszlopokba rendeződnek és hasonló belső kapcsolatrendszerrel leírható ismétlődő agykérgi modulokat alkotnak. A modulok jól meghatározott rétegeibe érkeznek a kéreg alatti területekről, illetve számos más modultól a bemenetek, és ugyanígy jól meghatározott rétegekből erednek a kéreg alatti területek, illetve a más modulok felé menő kimenetek. Az agykéreg leginkább egy nagy irodaépület szerver szobájára hasonít, ahol polcrendszereken szépen elrendezve állnak a hasonló felépítésű router és szerver modulok, amiket jól rendezett kábelkötegek kapcsolnak egymáshoz. A modulokat két, transzmitterként gyors ingerületátvivő hatású aminosavat használó sejttípus építi fel: a más sejtek aktivitását fokozó hatású glutamátot serkentő sejtek és a célsejtek aktivitását csökkentő gamma-amino-vajsavat (GABA) használó gátlósejtek. A modulok felépítése és más modulokhoz való kapcsolatrendszere agyterületenként kissé eltér és ezáltal meghatározza az adott agyterület működését, információ feldolgozó képességét. Az agykéreg legfontosabb vonása, hogy a serkentő sejtek közötti szinapszisok erőssége többféle tanulási mechanizmus útján tartósan meg tud változni. Ez a tanulás folyamata és így tárolódnak a memórianyomok. A kéreg alatti területek merev, genetikusan meghatározott szerkezetével szemben az agykérgi modulok a tanulás során megszerzett információk segítségével fejlődnek. Ez teszi lehetővé, hogy az agykéreg rugalmasan válaszoljon a környezet kihívásaira és számtalan eltérő típusú feladatot tudjon megoldani. Az agykérget a kéreg alatti területek cél-áramköreivel szemben tekinthetjük egy általános problémamegoldó számítógép központi processzorának (CPU-jának), melyen tetszőleges feladatot megoldó programok futtathatók. Mint az utazás végén látjuk az agykéreg hardware-én fut a tudat software-e.

Amikor az emlős evolúcióban kialakult az előagy két oldalsó lebenyén az agykéreg, hogy az élőlény bonyolultabb feladatokat legyen képes rugalmasan megoldani, az életfontosságú kéreg alatti rendszerek rajta tartották a „kezüket” az agykéreg működösének irányításán. A kéreg alatti területekről, hosszú felszálló idegpályák indulnak és az egyes magvakra jellemző transzmittereket szabadítanak fel az agykéregben. Vagy közvetlenül szinapszisok útján egy-egy idegsejtre, vagy közvetve a sejtek közötti térbe. Ezeknek a szerepe, hogy az idegsejtek és kapcsolatrendszerük működésének hangolása (modulálása) útján az agy működését a szervezet és a környezet aktuális állapotának megfelelő állapotba kapcsolják. Ne felejtsük, a levegővétel vagy a ránk szakadó állvány előli elugrás az evolúciónak és nekünk is fontosabb, mint Shakespeare szonettjeinek élvezete! Mint azt sokan tapasztalhatják hangulatunk, az éhség, a fáradtság, a fázás, a boldogság vagy egy új dolog által okozott izgatottság erősen meghatározzák hogyan is gondolkodunk és mit cselekszünk. Ilyenkor mindig a kéreg alatti területek hangoló hatását figyelhetjük meg gondolkodásunkra (mely elsősorban az agykéregben történik).
Többek közt ezért nem kell tartanunk a Terminátortól és a mesterséges intelligencia elszabadult gyilkos robotjaitól. Az AI rendszereket mérnökök tervezik, és nem a mostoha fog és karom evolúció során keletkeztek. Ennek megfelelően nincsenek meg bennük a kegyetlen hajtóerők.

A két egymást kiegészítő agyterület szerepét és információ áramlását egy televízió működéséhez hasonlíthatjuk. A külvilágból kábelen érkezik hatalmas mennyiségű információ, amely megjelenik a képernyőn és a hangszóróban. De a távirányítónkkal, néhány gomb nyomogatásával, kevés információt közölve, jelentősen megváltoztathatjuk a kép fényerejét, kontrasztját és a hang erősségét. Az agykéreg a külvilág ingereit dolgozza fel magas szinten a szervezet mindenkori igényeinek megfelelő módon, mely igényekről kéreg alatti területekről eredő moduláló jelek tájékoztatják.
A két rendszer egy kölcsönösen összekapcsolt hálózatot alkot, mely a szervezet és a külvilág kölcsönhatását vezérli. A későbbiekben majd látni fogjuk, hogy a kéreg alatti rendszerek agykérgi vetítése igen fontos az agykéreg aktivitásának tér és időbeli szervezésében, mely a tudatosság kialakulásához nélkülözhetetlen. A kéreg alatti területek sérülése tudatvesztéshez vezet. De persze ez nem azt jelenti, hogy itt van elrejtve a válasz a nagy kérdésre, hiszen az autót sem a gázpedál hajtja, mégis kell ahhoz, hogy menjen az autó.

Hátra van még agyunk egy fontos része. Erről írunk legközelebb.

Szerző: Gulyás Attila