Agykéreg

31. csoport
Vezetője: Freund Tamás


A csoportban négy kutató laboratórium működik:

Funkcionális neuroanatómia laboratórium, Dr. Nyiri Gábor vezetésével
In vitro fiziológiai laboratórium, Dr. Gulyás Attila vezetésével
In vivo fiziológiai laboratórium, Dr. Varga Viktor vezetésével
Elméleti idegtudományi laboratórium, Dr. Káli Szabolcs vezetésével

Részlet a 2015-ös intézeti ismertetőből.


Funkcionális neuroanatómia laboratórium

Az emberi agy kifinomult kognitív működése a központi idegrendszer sejtjeinek bonyolult kapcsolatrendszerén alapszik. Az emlős agy működésének megértéséhez fel kell tárnunk az egyes agyterületek közötti összeköttetéseket. Csoportunk munkája arra irányul, hogy megértsük ezeknek a kapcsolatoknak a viselkedésben betöltött szerepét, megfejtsük mely ingerületátvivő anyagok és receptorok alakítják az egyes sejtek közötti kommunikációt, és hogy ezek a receptorok hogyan helyezkednek el és működnek az idegsejteken. Szelektív vírusos pályajelölő technikák és optogenetikai viselkedés vizsgálatok, valamint nagy felbontású fény- és elektronmikroszkópia alkalmazásával, elsősorban a kérgi, hippokampális és előagyi területeket célzó kapcsolatok szerepére koncentrálunk az agy egészséges és kóros állapotában egyaránt.

A csoport angol nyelvű honlapjának elérhetősége: http://koki.mta.hu/~nyiri/

Munkatársak:

NévBeosztás
Nyiri Gábortudományos főmunkatárs
Takács Virágtudományos munkatárs
Bardóczi Zsuzsannatudományos segédmunkatárs
Papp Pétertudományos segédmunkatárs
Szőnyi AndrásPHD hallgató
Sós Katalin EszterPHD hallgató
Mayer MártonTDK hallgató
Zichó KrisztiánTDK hallgató
Gönczi RolandTDK hallgató
Varga-Sebestyén LídiaTDK hallgató
Major ÁbelTDK hallgató
Szépné Simon Emőkelaboratoriumi szakasszisztens
Hajós Zsuzsannalaboratoriumi szakasszisztens
Iványi Katalinigazgatói titkárnő

In vitro fiziológiai laboratórium

Az idegsejt hálózatok dinamikáját a serkentő és gátló sejtek kölcsönhatása eredményezi. A dinamika megértéséhez a hálózat viselkedésének két aspektusát: a szabályozást és a kódolást kell vizsgálni. Ha megvizsgáljuk a sokféle gátlósejt viselkedését eltérő hálózati állapotok alatt megérthetjük a szabályozást. Ha a serkentő sejtek nagy csoportjait vizsgáljuk ugyanekkor akkor a kódolás szabályait érthetjük meg.

Vizsgálatainkhoz egy optimalizált in vitro agyszelet preparátumot használunk, mely farmakológiai beavatkozások hatására az élő agyban is megfigyelhető egészséges és patológiás állapotokhoz hasonló aktivitást mutat. Ez a kísérleti felállás lehetővé teszi, hogy gyorsan és pontosan szabályozzuk a hálózat állapotát, miközben párhuzamosan tudjuk mérni mind a hálózat aktivitását, mind azonosított idegsejtek be és kimenetét.

Kérdéseink:

  • Hogyan gyűjtik és összegzik inputjaikat az eltérő gátlósejt csoportok eltérő hálózati állapotokban?
  • Hogyan szabályozzák a különböző gátlósejtek a serkentő sejtek aktivitását a hálózat aktiváltságának és szinkronitásának függvényében?
  • 2-foton mikroszkópos képalkotó módszereket használva elkezdtük nagyszámú serkentősejt aktivitását mérni, hogy megértsük együttes viselkedésük szabályait eltérő állapotokban és az ezek közötti átmenetek alatt.
  • Folyamatban van egy fejbefogott élő állat 2-foton képalkotó rendszer kiépítése, amelyben a fenti kérdéseket az in vitro megközelítéssel komplementer módon tudjuk vizsgálni.

A csoport angol nyelvű honlapjának elérhetősége: http://koki.mta.hu/~gulyas/

Munkatársak:

NévBeosztás
Gulyás Attilatudományos főmunkatárs
Diego Lopeztudományos munkatárs
Schlingloff Dánieltudományos segédmunkatárs
Kohus Zsolttudományos segédmunkatárs
Berki PéterTDK hallgató
Kriczky Nándorasszisztens

In vivo fiziológiai laboratórium

Életünk minden pillanatában, még alvás alatt is, ingerek ezrei érik agyunkat. Ezek közül ki kell válogatni és elraktározni a fontosakat, majd az újonnan elraktározott információt be kell építenünk a külövilágról alkotott és állandóan változó modellbe. Ha az előbbiek közül bármelyik lépés nem megfelelően zajlik le, súlyos pszichiátriai megbetegedésekben megnyilvánuló működési zavarok jelentkeznek. Az idegtudományi kutatatások egyik fő célja az első mondatban összefoglalt, ám elképesztően bonyolult folyamat megértése. Pár évtizede már ismert, hogy az agyi információfeldolgozáshoz nélkülözhetetlenek a kéreg alatti modulátoroknak nevezett idegsejtcsoportok. Ezek aktivitása döntő az információfeldolgozás minden lépésének szabályozásában. A kéreg alatti moduláció károsodása áll szinte mindegyik neuropszichiátriai kórkép hátterében, így a gyógyszeripar ezek gyógyítására tett próbálkozásai is nagyrészt valamelyik kéreg alatti modulátoros rendszert célozzák. Ismert példa az antidepresszánsoké, melyek (gyógyszercsoporttól függően) a szerotonin, a dopamin vagy a noradrenalin szintjét módosítják.

Csoportunk célja hozzájárulni a kéreg alatti moduláció kérgi információfeldolgozásban betöltött szerepének megértéséhez. Kísérleteinkben az új információk elraktározásához nélkülözhetetlen hippokampusz és ennek két fő modulátora, a mediális szeptum és a medián raphe mag közötti kölcsönhatásokat vizsgáljuk. A mediális szeptum a hippokampusz információkódoló idegsejtjeit hangolja össze, míg a median raphe a hippokampuszba érkező információk válogatásában lehet alapvető szerepű.

Kísérleteink a legkorszerűbb in vivo elektrofiziológiai, optogenetikai és viselkedésmegfigyelési technikákra épülnek. Viselkedő állatban regisztráljuk a modulátoros neuronokban zajló idegélettani jelenségeket teljes-sejt foltzár elvezetéssel (whole cell patch clamp). Feltárjuk a modulátoros neuronok aktivitása és a hippokampuszban zajló információfeldolgozás közötti összefüggéseket számos idegsejt aktivitásának párhuzamos elvezetésével, miközben nagy idő és térbeli felbontással monitorozzuk az állat viselkedését. A modulátorok és célterületükön zajló folyamatok közötti oksági kapcsolatot az előbbiek szelektív optogenetikai manipulációjával vizsgáljuk.

Eredményeink segíthetnek megérteni, hogy a minket érő nyers informciókból hogyan lesz az életünket alapvetően befolyásolni képes élmény.

Munkatársak:

NévBeosztás
Barth Albert Miklóstudományos főmunkatárs
Domonkos AndorPhD hallgató
Jelitai Mártatudományos főmunkatárs
Klein KristófTDK hallgató
Komlósi FerencTDK hallgató
Varga Viktortudományos főmunkatárs


Elméleti idegtudományi laboratórium

Az agy egy komplex, nemlineáris rendszer, melynek működését alapvetően különböző tér- és időbeli skálákon kell megértenünk. Habár az idegrendszer működéséről számos különböző kísérletes módszer felhasználásával hatalmas mennyiségű adatot sikerült összegyűjteni, ezeknek az eredményeknek a megértése és különösen a különböző skálákon lejátszódó folyamatok közötti összefüggések megértése nem lehetséges csupán intuitív megközelítések és kvalitatív elméletek segítségével. Az elméleti idegtudomány (computational neuroscience) módszerei lehetővé teszik számunkra az adatok tömör és kvantitatív leírását, a hipotézisek tiszta és pontos megfogalmazását, valamint azt, hogy mechanisztikus modellek felhasználásával kapcsolatot teremtsünk a különböző tér- és időskálákon leírt jelenségek és az eltérő szerveződési szintek között. A modellek felépítéséhez a kísérleti adatok szolgáltatják az alapvető megkötéseket, míg a modellek jóslatainak ellenőrzésére kísérleti módszerek felhasználásával nyílik lehetőség.

Munkacsoportunk számos különböző matematikai és szimulációs módszer segítségével vizsgálja a hippokampusz idegsejtjeinek és hálózatainak dinamikáját és funkcióit, gyakran a csoport más tagjai által végzett kísérletes munkát kiegészítve. Néhány fontosabb kutatási témánk a következő:

  • szinaptikus integráció és nemlineáris folyamatok idegsejtek dendritjeiben
  • a hippokampuszra jellemző populációs aktivitási mintázatok (éles hullámok, théta, gamma és ripple oszcillációk) keletkezése és funkciói
  • térbeli és memória-reprezentációk tárolása és előhívása a hippokampuszban
  • idegsejt-paraméterek meghatározása kísérleti adatok felhasználásával, és a paraméter-illesztés várható pontosságának becslése

Munkacsoportunk részt vesz az európai Emberi Agy Projektben (Human Brain Project, HBP), ahol feladatunk a hippokampusz részletes, kísérleti adatokon alapuló modelljeinek felépítése és tesztelése. Célunk olyan eszközök és munkafolyamatok kidolgozása a HBP Agyszimulációs Platform (Brain Simulation Platform) felhasználásával, melyek segítségével lehetővé válik a neurális modellek reprodukálható, együttműködésen alapuló fejlesztése és tesztelése.

Munkatársak:

NévBeosztás
Káli Szabolcstudományos főmunkatárs
Julian Buddtudományos munkatárs
Sáray SáraPhD hallgató
Tar LucaTDK hallgató
Mohácsi MátéTDK hallgató
Terbe DánielTDK hallgató
Bengery ZsuzsannaTDK hallgató
Török MárkTDK hallgató
Kovách PéterTDK hallgató
Németh OrsolyaTDK hallgató
Kajtsa DóraTDK hallgató
Halász OlivérTDK hallgató