# 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?

Kezdjük egy hasonlattal. Intézetünk a Klinikák metróállomásnál található, nem messze a Nagyvárad tér és a Népliget között tornyosodó futball stadiontól. Meccsnapon, az intézet ablakából hallható, hogy körülbelül mikor kezdődik a meccs, a rendőrség szirénázásából és az akadozó forgalom zajából. Ha elmegyünk metróval a Nagyvárad térre, akkor azt is sejthetjük a zajokból, hogy már elkezdődött-e a meccs vagy már esetleg véget ért, illetve, hogy mely csapatok játszanak aznap. Ha odamegyünk a stadion bejáratához, akkor a kiabálás ritmusából sejteni lehet, hogy szabálytalanság történt-e, adtak-e erre szabadrúgást, esetleg gólt rúgott valaki. Ha bemegyünk a stadionba hallhatjuk melyik csapat szurkolótábora hol van, mikor melyik szurkolótábor ordít. Végül, ha felmegyünk a lelátóra és leülünk egy szimpatikus embertársunk mellé hallhatjuk azt, hogyan gyalázza a bírót vagy lelkesíti választott csapata játékosait. Egész távolról csak a tömeg moraját halljuk és közös viselkedésükről sejthetünk valamit. Ahogy közelebb megyünk egyre többet tudunk meg egyre kevesebb emberről, a végén ugye csak azt halljuk, amit a mellettünk ülő vokalizál, de annak minden szavát kivehetjük.

Az elektrofiziológia szivárványának módszerei is ezen a „keveset sokról – sokat kevésről” skálán mozognak. A fejtetőre helyezett EEG elektródák az agyunkban található milliárdnyi idegsejt elektromos zajának koponyacsonton, fejbőrön és egy kis hajon átszivárgott, térben és időben elmosódott átlagát mérik. Az idegsejtek 100mV-os jelei mire az EEG elektródáig elszivárognak, csak 2-3µV-os, viszonylag lassú (alacsony frekvenciájú, < 100Hz) hullámokként jelentkeznek. Bár a jelek csak arról adnak hírt, hogy milyen közös aktivitást mutatnak a sejtek, mióta Hans Berger 1924-ben az első EEG jeleket elvezette sokat megtudtunk segítségükkel az agyműködésről. Kiderült, hogy az ébrenlét és alvás egyes fázisaiban az agy máshogy működhet, hiszen más típusú EEG jeleket lehet róla elvezetni.

A klasszikus EEG a közel egy évszázad alatt sokat fejlődött. A mai EEG sapkákról a modern jelfeldolgozó eljárásokkal már 128-256 csatornán lehet jeleket elvezetni. Ez lehetővé teszi, hogy az agy különböző területei fölül elvezethető EEG jelek közötti összefüggéseket vizsgálhassuk. Ezek a vizsgálatok kimutatták, hogy az agy egyes területei pontosan meghatározott tér és időbeli mintázatban kapcsolnak át a különböző EEG mintázatok között a kísérleti alany által végzett feladatok fázisaihoz kapcsolódóan. Azonosítani lehetett számos agyi funkció helyét, hiszen más területen látható EEG változás fény, zaj vagy mechanikai inger hatására.

Finomabb felbontású EEG jelek elvezetéséhez az elektródákat a koponyacsont alá a kemény agyhártya felszínére (epidurális EEG) kell elhelyezni. Értelemszerűen ezt már egészséges emberekben nem teszik meg. Ilyen típusú vizsgálatokat leggyakrabban epilepsziás betegeken végeznek, hogy behatárolhassák az epilepsziás területet. Ezeket az invazív (műtétet igénylő) módszereket leginkább a kutatók használják kísérleti állatok agyműködésének vizsgálatára. Egy így elhelyezett elektródára érkező jeleket már nem csökkenti a koponyacsont és a fejbőr, azaz az elektróda közelében elhelyezkedő agyterületekről már erősebb és nagyobb frekvenciájú jelek vezethetők el. Ezzel a módszerrel jónéhány milliméteres felbontásban vizsgálható az agyműködés. Ebben az esetben is lehet persze elektródasort vagy rácsot használni a felbontás növelésére.

A következő lépés újabb beavatkozást igényel, a keményagyhártya (subdurális EEG) alá, az agy felszínére lehet elektródákat elhelyezni, ezzel tovább javul a felbontás, de nő a fertőzés veszélye. A következő lépéssel már egészen az idegsejtek közelébe juthatunk.

Itt az agykéregbe szúrt vékony tűelektródát vagy elektróda fésűt használunk, mellyel 1-1024 vagy még több csatornán tudunk jeleket elvezetni. Emberek esetében ezt a megoldást egy feltárt epilepsziagóc milliméter szintű azonosítására használják műtét előtt. Az állatkísérletekben viszont ez az egyik legtöbb adatot nyújtó módszer. Itt ugyanis már annyira közel vagyunk az idegsejtekhez, hogy 100 µV-os jeleket lehet elvezetni egészen 6000 Hz-es frekvenciáig. Egy ilyen jelből, ha az alacsonyabb frekvenciákat vizsgáljuk, akkor a sejtekre érkező szinaptikus áramok összességéről, azaz bemenetükről vonhatunk le következtetéseket, ha csak a jelek gyorsabb alkotóelemeit engedjük át, a sejtek gyors akciós potenciáljait, azaz kimeneti jeleit csíphetjük el. Elektródasor használatával az agykéreg egyes rétegeiben történő jeláramlást és számos idesejt aktivitását azonosíthatjuk. Ezt az elvezetési módot mikroelektródás mezőpotenciál elvezetésnek (angolul LFP= local field potential) nevezzük.

Ha elektródáink kellően sűrűn helyezkednek el, akkor egy-egy idegsejt jele több elektródán is látszik. Ennek egyik változata a tetród, ahol 4 vékony fémszálból csavarnak meg egy elektródasort, hogy egyedi sejteket lehessen azonosítani. Ezeket is össze lehet szerelni elektródasorba, ráadásul úgy, hogy mindegyik tetród helyzete egyedileg, finoman állítható. Mivel a jel erőssége fordítva arányos az elektródától való távolságával, az elektródákon egyszerre megjelenő akciós pontenciál tüskék méretének arányából a sejtek térbeli pozíciója is becsülhető. Ilyen elektróda sorokkal akár több tucat idegsejt működése is azonosítható milliszekundumos pontossággal. Ez az a szint tehát, ahol sejtcsoportok átlag aktivitásának megfigyeléséről átlépünk nagyszámú egyedi sejt aktivitásának a megfigyelésére. Azaz egyre kevesebbről egyre többet tudunk meg.

Mára itt meg is állunk. A következő részben már az egyedi sejtek viselkedését vizsgáló módszereket vesszük sorra.

Az ibolyán túl: a konfokális és szuperreszolúciós mikroszkópok Sokat kevésről vagy keveset sokról: az elektrofiziológiai módszerek palettája II.