Telefonközpont az agyban: az agyműködés összehangolásának lehetséges mechanizmusát tárták fel Intézetünk kutatói

2023. január 10, kedd

Karácsony előtt jelent meg Hádinger Nóra első szerzőségével (hogy ez mit jelent azt majd a végén) az Acsády László vezette Talamusz Kutatócsoport figyelemre méltó munkája az idegtudományok csúcs folyóiratában a Nature Neuroscience-ben. Azt írták le, hogy az egér frontális agykérgéből indul egy olyan vetítő pálya a talamusz felé, mely a többi agykéreg területből nem.

 

OOOKKÉÉÉ… És akkor? Azt tudjuk mi az egér, de mi az a frontális agykéreg és mi az a talamusz?

Hogy érteni lehessen miért ennyire nagy jelentőségű ez az eredmény, alapozásra van szükség. Ezzel előre is kell ugorjak az #agyséta gondolatmenetével. Valahol a harmadik évadban illene ennek a résznek jönnie, de most akkor adunk egy rövid kedvcsinálót az elkövetkező részekhez.
Az emlősök agyában az információ feldolgozásának és az ennek alapján kialakuló válaszreakciók megtervezésének legmagasabb szintű területe az agykéreg. De az agykéreg egy feldolgozási lánc legvégén (vagy ha a válaszokat tekintjük legelején) található. Az érzékszervekből (szem, fül, ujjak, nyelv) érkező ingerek a szaglás (orr) kivételével mind egy talamusz nevezetű területen keresztül jutnak az agykéregbe, illetve a döntésben fontos agyterületek kimenete is a talamuszon keresztül hagyja el az agykérget. A látás esetében, mint az ábra mutatja, a thalamusz LGN (lateral geniculate nucleus) nevű magjában kapcsolódik át az információ a látókéreg felé. A talamusz kicsit olyan, mint egy taxitársaság diszpécser szolgálata. Ha valaki taxit hív telefonon, akkor a telefonközpontossal beszél, nem a taxisofőrrel. Elmondja a telefonközpontosnak honnan hova szeretne menni, Ő megkeresi a megfelelő taxisofőrt, aki megkapja tőle az információt és megmondja a telefonközpontosnak, hogy milyen rendszámú és színű autót és mikor várjon az utas. Azaz mindkét irányú kommunikáció a diszpécseren keresztül történik. Ez az egyirányú ingeráramlás azonban a talamusz szerepének legkorábbi modellje volt (kb Descartes korában). Azóta tudjuk, hogy a thalamusz és az agykéreg többszörös kölcsönös kapcsolati hurkokon keresztül cserél információt. A megfelelő komplexitást mutató, ámde bemelegítésnek kicsit nehéz ábra így nézne ki:

 

 

 

Ráadásul az agykéregben az evolúció során számos agyterület alakult ki, melyek specializálódtak abban, hogy melyik érzékszerv ingereit dolgozzák fel. Ez a specializálódás a talamuszban is megjelenik. Mindegyik agyterület a saját talamusz területével van összekötve, oda-vissza kapcsolatban. Mitovább, a fejlettebb emlősök agyában (már az egér is ide tartozik valamelyest) szétválnak egymástól a külvilágból érkező információt értelmező és az ezekre választ adó agyterületek. Azaz van külön agykérgünk a látásra, hallásra, testérzékelésre, illetve van agykérgi területünk, mely ezen információk alapján megtervezi és végrehajtja mozgásainkat. [Az egyszerűbb emlősökben, mint a rovarevők közé tartozó sünök és cickányok még ugyanaz az agykérgi terület felelős a testérzékelésért és a mozgástervezésért.] A fentiek alapján ezeknek az agykérgi területeknek mind megvannak a maguk megfelelő talamusz területei, talamusz magjai.
A taxis diszpécser példáját egy bonyolultabb hasonlattal kell felváltanunk. Itt már egy nagyobb szállítócégről beszélünk, aminek van közúti, vasúti, légi és hajózási részlege. A megrendelő leadja a megrendelést, hogy honnan mit kell hova szállítani egy diszpécsernek (érzékelő talamusz) ez eljut a központba, ahol felmérik (érzékelő agykéreg), majd kidolgozzák mi a leghatékonyabb módja az áru eljuttatásának (mozgató kéreg). Ezután, a részekre bontott feladatokat eljuttatják az egyes részlegekhez, hogy azok hajtsák végre (mozgató talamusz magvak). Az igazán hatékony, gazdaságos, modern és környezetkímélő megoldásokhoz egy világcégnél már számos eltérő területhez értő szakember összehangolt munkájára van szükség. A döntéselőkészítés és döntés már jóval bonyolultabb, több lépéses folyamat. Közgazdászok, mérnökök, matematikusok dolgoznak együtt azon, hogyan lehet a legkevesebb erőforrással a legtöbb árut továbbítani. Lehet-e egyszerűbb útvonalakat találni? Van-e elég autó vagy hajó ott, ahol éppen szükség van rá? Van-e elég üzemanyag és láda? Hol kell embereket felvenni vagy elbocsájtani? Mire kell biztosítást kötni?
Az emlős agy evolúciója során a bonyolultabb feladatok megoldására egyre bonyolultabb hálózatba kapcsolódtak az agykérgi területek. Az érzékszervekből érkező információ egyre több kéregterületen került feldolgozásra, és a kezdeti mozgás tervezést végző elsődleges mozgatókéreg mellé is egyre több tervezési feladatra specializálódott agykéreg terület jelent meg. Míg a látás feldolgozása a tarkólebenyben, a hallás feldolgozása a halántéklebenyben és a testérzékelés feldolgozása az e felett található fali lebenyben található, addig az elsődleges mozgató terület a homlok felé, az előre néző frontális lebenyben helyezkedett el. Az evolúció során az egyre kifinomultabb tervezési feladatokat végző agyterületek a mozgást tervező mozgató kéregből differenciálódtak és az elsődleges mozgató kéreg elé torlódtak, a főemlősökben kialakult a homloklebeny. Az egér és kutya csapott homlokával szemben a majmoknak és főleg az embernek magas homloka van, hiszen e mögött találhatók az egyre összetettebb döntéseket megalapozó agyi területek.
Az agykérgi lépcsőről-lépcsőre haladó feldolgozás legmagasabb fokát az emberben a prefrontális kéreg (a frontális kéreg előtti), azaz a homloklebeny végzi. Itt találhatók legemberibb agyfunkcióink, személyiségünk, kételkedésünk, az idő érzékelése és a hosszútávú tervezés. Az agyat feladatmegoldás közben vizsgálni képes legmodernebb eljárások (funkcionális MRI és sokcsatornás EEG) azt mutatták ki, hogy ez a terület, különösen a bal féltekei oldal, meghatározó szerepet játszik a tudatosság kialakításában. Amikor a kísérleti alanyoknak csak egy rövid időre villantottak fel képeket, csak abban az esetben jelezték, hogy látnak valamit amikor nem csak az ingerfeldolgozás elején álló látókéreg, hanem a bal prefrontális agykéreg is bekapcsolódott. Ezekben az esetekben számos -az adott feladat feldolgozásában részt vevő- további agyterület aktivitása is megnőtt és működésükben magas fokú összehangolódást lehetett megfigyelni. Ezen kísérletek alapján a tudat kialakulásának Changeux és Dehaene által finomított elmélete, a global neuronal workspace elmélet szerint, amikor agyunk kellően fontosnak talál egy eseményt, akkor a prefrontális kéreg elősegíti, hogy az információ feldolgozásában résztvevő megfelelő agyterületek bekapcsolódjanak és hozzáférjenek az összes agyi információhoz, mely a feldolgozáshoz szükséges. A „global neuronal workspace (GNW)” -átfogó idegi munkaterület- elmélet azt állítja, ahhoz, hogy valami a tudatosságba kerüljön, fel kell keltenie a prefrontális kéreg „figyelmét”. Ha ezt sikerült akkor az az inger feldolgozásához (és csak annak az ingernek a feldolgozásához) az agykéreg összes erőforrását elérhetővé teszi, egy a feladat megoldásához szükséges közös kommunikációs rendszerbe kapcsolva a feladat megoldásához hozzájáruló agyterületeket. Ahhoz, hogy bizonyos bonyolultsági szint feleletti feladatokat tudjon megoldani, az agy annak minden erőforrására szüksége van, ezért ezt megkapni luxus. Ez az oka annak, hogy nem minden inger feldolgozása tudatosodik bennünk, és az is, hogy egyszerre csak egy dologra tudunk igazán hatékonyan figyelni. A figyelem válogatósságára a klasszikus példa az eltűnő gorilla esete,  mely nagyon szépen bemutatja, hogy egészen extrém dolgokra vakok lehetünk, ha másra figyelünk.


Az Intézetünk kutatóitól most megjelent eredmény egy fontos lehetséges elemét fedezte fel annak, hogyan lehet képes a prefrontális kéreg az aktuális feladat leghatékonyabb elvégzéséhez szükséges rendszerbe kapcsolni az agykéreg többi területének működését. Hogy ez pontosan mi is az a következő bejegyzésből derül ki.

<< Vissza