A Stanfordi Egyetem kutatóinak első alkalommal sikerült megfigyelniük egy gerinces faj agyának neuronhálózatát működés közben, valamint azt a folyamatot, hogy miként alakítják ki az idegsejtek szövevényes kapcsolatrendszerüket egymással.

A kutatók eddig úgy vélekedtek, hogy az idegsejteknek egy hosszabb fejlődési periódusra van szükségük ahhoz, hogy megfelelően ráhangolódjanak arra a szerepre, amit később el kell látniuk. Egy új technológia segítségével most sikerült olyan felvételeket készíteni fejlődésben lévő neuronokról, amelyek megmutatják, hogy az idegsejtek későbbi feladataira vonatkozó információk már fiatalabb korban is nagyrészt adottak a számukra. A kutatók egy apró halfaj, a zebrahal (Brachydanio rerio) agyának idegsejtjeivel végeztek különböző vizsgálatokat. A különös halfaj már korábban is kivívta a kutatók elismerését azzal, hogy szervezete képes helyreállítani a gerincét, a retináját, illetve az uszonyát ért sérüléseket, valamint maradandó nyom nélkül képes regenerálni jelentősen sérült szívizomszöveteit. A gerinces állatok között nincs más olyan faj, amely ilyen mértékben képes a regenerálódásra.

Stephen Smith és Christopher Neill a fiatal halakat abban az életkorban vizsgálták, amikor az agyidegek éppen megkezdik növekedésüket a szemtől az agy felé. Egy különleges mikroszkópos technika segítségével képesek voltak nyomon követni az idegsejtek növekedését, valós idejű felvételeken. Több száz olyan idegsejtet vizsgáltak meg, amelyek különféle ábrákra reagálnak. Egy folyadékkristályos kijelzőn olyan négyzeteket villantottak fel, amelyek mérete megegyezett a halak egyik kedvenc táplálékának méretével. A kijelzőn megjelenő négyzeteket több irányban, felfelé és lefelé, illetve jobbra és balra mozgatták. Azt várták, hogy a fiatal idegsejtek kezdetben mindig tüzelni fognak, ha különféle ábrák sorozatát villantják fel a halaknak. Feltételezték, hogy az agy fejlődése során fokozatosan finomodik az egyes idegsejtek szerepe, és kifejlett állapotban már csak specifikus ingerekre reagálnak, mint például a négyzetek mozgatása egy meghatározott irányban. Az eredmények ezzel szemben azt mutatták, hogy amint az idegsejtek elérik azt a fejlettségi szintet, hogy reagáljanak a képernyőn megjelenő ingerekre, egyben már arra is képesek, hogy specifikus válaszokat adjanak. A neuronok eltérő csoportjainál észleltek aktivitást azokban az esetekben, amikor jobbra, illetve amikor balra mozgatták a négyzeteket. A mozgás irányának megváltozására az idegsejtek különböző csoportjai váltak aktívvá.

A mostani kísérlet eredménye igencsak meglepte a kutatókat, mivel eddigi munkáik alapján nem ezt várták. Az idegsejteknek természetesen kell egy hosszabb időszak, amíg kialakítják az agy idegi hálózatának végső formáját. Fejlődésük során a fiatal neuronok nyúlványaikkal a fa ágaihoz hasonló struktúrát hoznak létre, abban a reményben, hogy az egyes idegsejtek között létrejönnek a megfelelő kapcsolatok, az úgynevezett szinapszisok. Az információ a szinapszisokon keresztül továbbítódik az egyik sejttől a másikig. Ahogy a neuronok érettebbé válnak, a szomszédos idegsejtekkel kialakított kapcsolatok kezdeményeinek egy részéből stabilan működő szinapszis alakul ki, más részük pedig eltűnik, visszahúzódik. Az agyat átszövő idegi hálózat a szinapszisok létesítésének próbálgatásával jön létre.

A kutatócsoport egy-egy idegsejt teljes, szerteágazó struktúráját meg tudta figyelni, minden egyes alkalommal, amikor a sejtek tüzeltek. Ezen kívül nyomon követték a neuronok nyúlványainak növekedését, a szinapszisok kialakulását, valamint azoknak a nyúlványoknak az eltűnését, amelyek nem alakítottak ki sikeres kapcsolatot egy másik neuronnal. Az egymás után következő időpillanatokban készített felvételek segítségével sikerült valós időben követni az agy teljes neuronhálózatának kialakulását. "Ez volt az első olyan alkalom, hogy a neuronhálózatok kialakulásának dinamikus folyamatát sikerült láthatóvá tennünk és nyomon követnünk." - mondta Smith. Annak a folyamatnak a megértése, hogy a neuronok miként érik el kifejlett állapotukat, nemcsak a zebrahal esetében érdekes, mivel valószínűleg az emberi agyban is ugyanezek a folyamatok játszódnak le. Az új információk megtanulásához vagy az emlékek tárolásához az idegsejteknek új szinapszisokat kell létesíteniük. A kutatás eredményei ezen kívül segíthetnek a skizofrénia vagy a diszlexia eredetének pontosabb megértésében is, mivel mindkettő hátterében az a probléma áll, hogy az idegsejtek közötti kapcsolatok nem a megfelelő módon fejlődnek ki. A skizofrénia esetében túl sok kapcsolat alakul ki az idegsejtek között, a diszlexiánál pedig sok esetben nem alakul ki a megfelelő összeköttetés bizonyos agyterületek között.

A kutatás összefoglalója a Neuron című folyóiratban jelent meg.

Illyés András