Felfedezéseket segítő módszerek

2020. december 22.

Már maga a szó, „felfedezés”, nagy jelentőségű dologra utal: egy titok feltárul, egy nagy kérdésre választ kaptunk. Annak, hogy kitaláltak, kifejlesztettek, megalkottak egy új módszert – esete válogatja, milyen az elismerése, vagy mondhatjuk úgy is, "milyen a sajtója".
Vegyük például a ma újra virágkorát érő elektronmikroszkópot.
Az első ilyen műszer megvalósításához alapvető fontosságú, az elektronnyalábot fókuszálni képes elektromágneses lencse ötletét Hans Busch már 1926-ban publikálta, a prototípust Ernst Ruska német fizikus 1931-ben be is mutatta, s mivel elég sokáig élt, szerencsés lehetett, hogy 55 évvel a prototípus megalkotása után, 1986-ban Heinrich Rohrer és Gerd Binnig társaságában átvehette érte a Nobel-díjat.
Ezzel szemben Georg Emile Palade, az elektronmikroszkóp egyik első, és kétségkívül zseniális felhasználóinak egyike, akinek ezzel a műszerrel sikerült - többek között - feltárni a mitokondrium felépítését, felfedezni a riboszómákat, tanulmányozni a szinapszisokat, és aki új laboratóriumi technikákat is kidolgozott a mintaelőkészítésében, az ötvenes években elért első nagy felfedezései után "mindössze" 19 évet kellett várjon, hogy 1974-ben, szintén két tudóssal megosztva, átvehesse a nagy nevű díjat.

Természetesen egyetlen példából semmiféle következtetést nem illik levonni, különösen, hogy csak az új mikroszkópos technikák területén is történtek változások, hiszen nem csak a krio-elektronmikroszkópia megalkotásáért járt a Nobel-díj 2017-ben, de a szuperfeloldású (szuperrezolúziós) mikroszkóp megalkotói esetében mindössze jó tíz év telt csak el az első, forradalmi újdonságot jelentő mikroszkópok összeszerelése után, és már 2014-ben részesültek a mindmáig legnagyobb presztízst jelentő tudományos elismerésben (Eric Betzig, Stefan Hell, William E. Moerner).
Az elmélkedések helyett azonban jobb, ha olyasvalakit kérdezünk a tudományos módszerek fontosságáról, aki a módszerfejlesztésben is, a felfedező munkában is járatos és eredményes. Hangya Balázs saját tapasztalatai alapján válaszolhat arra, mi is helyzet a módszertani cikkek elismerésével az idegtudományok területén!

Balázs:
- A módszertani cikkeket sokszor lebecsüljük - holott az idegrendszeri kutatások egyik fő motorját tagadhatatlanul a módszertani újítások jelentik. Gondoljunk például az antitestek által lehetővé tett különböző anatómiai eljárásokra, melyek a különböző képalkotó eljárások fejlődésének is köszönhetően elképesztő részletességgel mutatják be egy-egy fehérje előfordulását. Emellett említhetjük a sejtek ioncsatornáinak elektrofiziológiai vizsgálati módszerét, az úgynevezett „patch clamp” (folt-feszültségrögzítés) technikát, vagy az egyes idegek tetszés szerinti ki- és bekapcsolását lehetővé tevő optogenetikát is. A Sydney Brennertől származó híres idézet szerint "A tudomány előrehaladása az új technikákon, az új felfedezéseken és az új ötleteken múlik, valószínűleg ebben a sorrendben". (“Progress in science depends on new techniques, new discoveries and new ideas, probably in that order”.) Bár nyilván nem minden újítás akkora jelentőségű, mint a fenti példákban említettek, de gondoljunk bele: ha ugyan csak kicsit segít egy új technika, de számos labor alkalmazza, akkor összességében a haszon egyáltalán nem elhanyagolható.

- Ez azt jelenti, hogy a felfedezéshez vezető út megkönnyítésére, magatok is kidolgoztok új módszereket?

- Igen. Az előbb említett filozófiát gyakorlatba átültetve, tudatosan nagy hangsúlyt fektettünk az általunk fejlesztett és bevezetett módszertani újdonságok publikálására is. Az elmúlt öt évben négy módszertani cikket is közöltünk. Az első cikkben egy saját építésű elektrofiziológiai mérőállomást mutattunk be, ahol a viselkedés szempontjából fontos események – szenzoros ingerek, mint például hangok vagy fényjelzések, jutalom, büntetés - milliszekundumos pontossággal időzíthetők, lehetőséget adva a sejtaktivitás pontos elemzésére.
Ezután egy olyan szoftvert fejlesztettünk, mely az adatgyűjtő szoftverhez illeszkedve már a kísérlet alatt, valós időben (real-time) ad visszajelzést a sejtek optogenetikai válaszairól. Ez azért hasznos, mert így a kísérlet során meg lehet keresni az izgalmas sejteket, ahelyett, hogy a vakon végzett kísérlet után utólagos elemzéssel derüljön csak ki, mit is sikerült regisztrálni.
A harmadik cikkben olyan képalkotó technológiát adtunk közre a Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet intézetével és a Mediso céggel való együttműködésben, mellyel in vivo, rögtön a beültetés után meghatározható az implantátumok (elektródák, optikai szálak) pontos helyzete.

- Most a Scientific Reports-ban jelent meg egy módszertani cikketek. Ez miről szól?

- Az amerikai Sanworks céggel működtünk együtt, és egy saját fejlesztésű lakó-tanító rendszert mutatunk be, melynek segítségével az egerek emberrel való közvetlen kapcsolat nélkül, maguktól tanulnak gyorsan és stresszmentesen.

- Kik végezték a munka legnagyobb részét?

- Ezekben a fejlesztésekben Birtalan Eszter TDK hallgatónak, Balázsfi Diána, Nicola Solari és Sergio Martínez-Bellver posztdoktoroknak, Király Bálint PhD hallgatónak és Széll András informatikusnak volt kulcsszerepe.

- Elméletileg a tudományos cikkekben is megkívánják, hogy a szerzők úgy írjanak le mindent, hogy kísérleteiket pontosan meg lehessen ismételni más laboratóriumokban is. Mi a lényeges különbség egy cikkben közölt részletes módszerleírás és a módszertani cikk között?

- Egy módszertani cikk a módszer részletes dokumentálásán túl annak részletes ellenőrzését, „validálását” is jelenti. Azaz pontosan ismertetni kell, milyen körülmények közt és hogyan működik az eljárás, miben jobb a korábbi módszereknél, és melyek a korlátai, limitációi. A legjobb egy úgynevezett "arany standard" módszerhez viszonyítani, vagy, ha ez nem áll rendelkezésre, akkor közvetett módszerekkel kell a lehető legjobban mérni és bizonyítani az új eljárás hasznosságát.

- Ti is alkalmazzátok mások újabban megjelent módszereit?

- Természetesen! Ezek közé tartoznak a nyílt forráskódú mérőrendszer, az akciós potenciál válogató (spike sorting) algoritmusok vagy az optikai neuromodulátor szenzorok leírását tartalmazó cikkek is, melyek módszertani újításait rendszeresen használjuk és idézzük is.