# Az agyi stabilitás keretei

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

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

Ez ugye a hangtechnikában a gerjedés az agy esetében pedig az epilepsziás roham.
De nem csak a túlgerjedés veszélye miatt van szükség az agyi aktivitási szint keretek között tartására, hanem a kódolás, információfeldolgozás és asszociatív tanulás jó hatékonysága miatt is. De a másik végletre is igyázni kell, az erős csillapítás az aktivitás elhalásához vezet. Ezt sem akarjuk, mert ilyen a kómás agyban történik.

Claud Shannon a Bell laboratóriumban azt vizsgálta, egy hírvivő csatornán hogy lehet a legtöbb hasznos információt átvinni. Arra jutott, hogy akkor lehet a legtöbb információt átvinni egy csatornán, ha azon a lehetséges jelszintek hasonló arányban fordulnak elő. Nézzük meg ezt digitális esetre, amikor is lehet 0 vagy 1 a jelszint. Ez megfelel az agynak is, hiszen egy idegsejt lehet aktív vagy nem, az axonon fut jel vagy nem. Shannon azt mondta, hogy ha p a valószínűsége az aktív jelszintnek akkor az átvitt információt az
egyenlettel számolhatjuk ki. Márpedig ennek a függvénynek akkor a legmagasabb az értéke, ha p=0.5, azaz a csatornán átlagosan az idő felében magas a jelszint.

Ezt a kombinatorikában is használt dobozbó húzunk golyót modellel is szemléltethetjük. Vannak fekete és fehér golyóink. Ha beteszünk egy dobozba 10 golyót és megnézzük hányféleképpen rendezhetjük el az egymás után kihúzott golyókat, akkor könnyen belátható, hogy ha a dobozban csak 10 fekete, vagy csak 10 fehér golyó van, akkor csak egyféle mintát kaphatunk, csak egyszínű golyókból álló sorozatot. A lehetséges minták száma akkor lesz a lemagasabb, ha a golyók fele fekete, másik fele fehér.

Ha az mondjuk, hogy az idegsejtek mintázatában kódolódik az aktivitás, akkor abban az esetben lesz a lehetséges mintázatok száma a legnagyobb, ha egyszerre az idegsejtek fele aktív. E szerint a logika szerint tehát idegsejtjeink felének kellen egy adott pillanatan működnie.
De van itt egy másik szempont is. Az asszociatív mátrix memória részben bemutattuk azt, hogy egy hálózat akkor tudja a legtöbb mintázat párt összetanulni, asszociálni, ha az egyes mintázatokban egyszerre viszonylag kevés elem aktív. Azaz p egy kis számhoz tart.

Ha tehát egy optimálisan reprezentáló és ugyanakkor jól tanuló hálózatot akarunk készíteni, akkor az a jó, ha az egyszerre aktív sejtek aránya 0 és 0.5 között van. Legyen mondjuk 0.1, azaz egy időben az idegsejtek 1/10-e legyen aktív. Nos az agy is valahol e körül állapodott meg. Az elsődleges érző területeken ez inkább nagyobb (0.3, azaz 10 sejtből 3 aktív egy adott pillanatban), de a magasabbrendű asszociációs kérgekben viszont kisebb 0.05-0.001, azaz a kódolás nagyon ritka, esetenként sejtek 1/20-a 1/1000-ede sül csak ki.

Az epilepszia és a kóma között kell tehát az agynak megtalálnia a legtöbb információt kódoló és raktározó aktivitás szintet. De az aktivitási szint megfelelő szinten tartásának van még egy másik, nem elhanyagolható szempontja, hogy az idegrendszerbe nagyon hirtelen változó mennyiségű információ kerülhet be. Ezek mellett a hirtelen változó jelszintek mellett is fontos megtartani a tartósan egyenletes aktivitási szintet, azaz változó sebességű csillapításokra van szükség ahhoz, hogy se túl magas (epilepszia) se túl alacsony (kóma) ne legyen az agy aktivitása. Nem csoda, hogy a serkentés és gátlás egyensúlyának megbomlásakor jelentkező epilepsziát hirtelen ismétlődő ingerek, például villódzó fény válthatja ki az arra fogékony emberekben.

Hogy a gátlósejtek ezt a bonyolult, tér-és időbeli problémát hogyan oldják meg arról lesz szó a következőkben.

Szerző: Gulyás Attila

A kérgi mikroszerkezet evolúciós kontextusban: Hogyan fejlesszünk agykérget? A gátlósejtek szerepe és működése I.