Az első képek arról, hogyan lát az agy

Először sikerült olyan felvételeket készíteni a látókéreg idegsejtjeiről (neuronjairól), amelyeken megfigyelhető, miként dolgozzák fel a komplex vizuális információt a sejtek együttesei. Ez hozzásegítheti a kutatókat ahhoz, hogy a jövőben teljesen új megközelítésben tanulmányozhassák az agy fejlődését és az ún. neurodegeneratív betegségeket.

A Harvard orvosi egyetem (Harvard Medical School) kutatóinak olyan új mikroszkópos technikát sikerült kifejleszteniük, amelynek segítségével láthatóvá tehető az idegsejtek együtteseinek működése a vizuális információk feldolgozása közben. "Ha egyszerűen akarunk fogalmazni, akkor ez a technika bepillantást enged nekünk abba, hogy miképpen lát az agy. Ez a módszer az agyi funkciók vizsgálatának egy merőben új megközelítése" - magyarázza Clay Reid neurobiológus, a kutatás vezetője.

Reid és társai az eddigieknél nagyobb felbontású (részletesebb) képet szerettek volna kapni arról, hogy milyen módon szerveződnek a látókéreg neuronjai. Ennek érdekében a kutatócsoport egy viszonylag új módszert használt, amelynek során macskák és patkányok idegsejtjeit olyan festékkel jelölték meg, amely élesen világít, ha a sejtekben növekszik a kalcium szintje. Ez annak a jele, hogy a sejtek aktívak ("tüzelnek"), vagyis ún. akciós potenciálok sorozata keletkezik. Ezt követően egy nagy energiájú lézersugárral világították meg a sejteket, és egy rendkívül érzékeny mikroszkóppal felvételeket készítettek róluk, amint fényes pontokként kigyulladnak, majd újra elsötétülnek. Az állatoknak eközben fekete-fehér, felfelé és lefelé, illetve jobb és baloldali irányban mozgó csíkokat mutattak egy számítógép képernyőjén, majd rögzítették a sejtek különböző ingerekre adott válaszait egy bizonyos időintervallumban.

A látókéreg az agynak az a területe, amely a szemből érkező ingerek feldolgozásáért felelős. Ezt a területet már régóta tanulmányozzák, köztük olyan neves biológusok is, mint a Nobel-díjas David Hubel és Torsten Wiesel. Az ő kísérleteik mutatták meg, hogy a látókéreg idegsejtjei hogyan reagálnak a különböző vizuális ingerekre: néhányuk csak akkor tüzel, ha függőleges vonalakat mutatnak az állatnak, néhányuk kizárólag a vízszintes vonalakra reagál, mások pedig specifikusan a jobbra vagy balra haladó mozgásra érzékenyek (egysejt-vizsgálatok). Annak az alaposabb megértése azonban, hogy az egyes idegsejtek hogyan hangolják össze egy összetett kép feldolgozását, mindeddig váratott magára. Ennek egyik oka, hogy a neurális hálózatok vizsgálatában eddig használatos technikákkal csak kevés sejt aktivitását lehetett egyszerre rögzíteni, a sejtek nagyobb tömegét ábrázoló képek pedig túlságosan homályosak maradtak.

Az elmúlt néhány évben a különböző kutatócsoportok megpróbáltak minél tökéletesebb módszereket kifejleszteni annak érdekében, hogy láthatóvá tegyék az idegsejteket aktivitás közben. Az Arthur Konnerth által vezetett müncheni csoport például nemrég dolgozta ki azt a módszert, amellyel az agykéreg sejtjeit kalciumra érzékeny molekulákkal lehet megfesteni. A harvardi orvosi egyetem kutatói az ő eredményeiket is felhasználták mostani kísérletükben.

David Fitzpatrick (Duke Egyetem) neurobiológus szerint "az a lehetőség, hogy képesek vagyunk láthatóvá tenni, mit csinálnak a hálózatot alkotó egyes sejtek akkor, amikor a látókéreg éppen egy bizonyos feladatot old meg, új utakat nyit a vizuális érzékelés idegi alapjainak kutatásában. Azáltal, hogy kombináljuk a különböző típusú neuronok jelölésére szolgáló anyagokat a kalciumos képalkotó eljárással, lehetővé válik a különböző látási funkciókért felelős idegi 'áramkörök' felderítése a látókéregben. Ezt a módszert minden bizonnyal alkalmazni fogják majd az agykéreg többi területén is, amelyek például a motoros funkciókért vagy a magasabb rendű kognitív folyamatokért felelősek."

Azáltal, hogy pontosabb képet nyertünk a látókéregről, kiderült az is, hogy agy sejtjeinek szerveződése meglehetősen rendezett és pontos, ami némileg váratlan volt. A macskák látókérgében például azok a neuronok, amelyek ugyanazt a funkciót látják el (például egy bizonyos irányban történő mozgásra érzékenyek), sokkal szorosabban kapcsolódnak egymáshoz, mint azt korábban gondolták. A most készült felvételeken az idegsejtek elkülönült csoportjait láthatjuk, amelyeket keskeny határok választanak egy egymástól az agykérgen belül. "Ha lehetőségünk adódik minden egyes neuront egyenként is szemügyre venni, akkor sosem találni olyat, amelyik ne lenne a helyén" - magyarázta Reid. Az eredmény meglepte a kutatókat, mivel a macskák idegsejtjeinek precíz, funkciók szerinti eloszlása a kéregben sokkal szervezettebbnek tűnik, mint azt a látókéreg működését leíró jelenlegi modell alapján várni lehetett.

Azt tapasztalták, hogy míg az éppen aktív neuronok sejttestjei szorosan egymás mellett, egy csomóban helyezkednek el, addig a sejtek dendritjei (az idegsejt azon nyúlványai, amelyek a bejövő jelzéseket fogadják) szerteágazó hálózatot alkotnak a környező, tágabb területen. A patkányok esetében ettől teljesen eltérő mikrostruktúrát írtak le. Itt nem különülnek el egymástól a különböző ingerekre reagáló idegsejtek, hanem keverten, szabálytalanul találhatók egymás mellett a kéregben. Úgy tűnik tehát, ugyanazt a problémát többféleképpen is meg lehet oldani.

A látásért felelős sejtek struktúrájának tanulmányozása elvezethet a többi agyi funkció - mozgás, gondolkodás, tanulás - alaposabb megértéséhez is. Ez pedig utakat nyithat az idegsejtek pusztulásával járó (ún. neurodegeneratív) betegségek, például az Alzheimer-, a Huntington- és a Parkinson-kór kezelésében, mivel feltárhatóvá válhatnak a betegségeknél megfigyelt tünetek sejtszintű alapjai.

Illyés András