Egyedülálló agytérkép készült az idegsejtek kapcsolatairól

Egy nemzetközi kutatócsoport tagjai megalkották az agykéreg idegsejtjeinek kapcsolatait ábrázoló térképet. Az egyedülálló térkép segítségével feltárult egy ezidáig ismeretlen, különlegesen szövevényes sejtkapcsolatokkal behálózott agykérgi terület, amelynek fontos szerepe lehet a két agyfélteke feladatainak összehangolásában. A tudósok új, sejtkapcsolatokat modellező módszeréből a jövőben külön tudományterület fejlődhet, amely segíthet megérteni az emberi idegrendszer rendkívül összetett működését.

Svájci és amerikai kutatók Patric Hagmann, a Lausanne Egyetem neurológus professzorának vezetésével a jelenleg az agy tanulmányozására használt diagnosztikai képalkotó módszereket ötvözve modellezték a tudatos tevékenységért felelős agykéreg idegsejtjeinek kapcsolatait. Az így született különleges térképen olyan agykérgi területet fedeztek fel, ahol a sejtkapcsolatok sokkal sűrűbben jelennek meg, mint a környező részeken. A kutatók úgy vélik, a sejtkapcsolatok sűrűsége az agykéreg működésében betöltött központi szerepet tükrözi.

Az agykéreg kapcsolódási térképe

Az idegsejtek aktivitását legjobban MRI készülékkel követhetik nyomon a szakemberek (az MRI-ről részletesen lásd korábbi írásunkat). Ám az MRI önmagában a működést, vagy épp annak hiányát nem magyarázza. A kutatók ezért olyan eljárást fejlesztettek ki, amivel mind orvosi, mind tudományos szempontból több információ nyerhető az agy működésének hátteréről.

Hagmann professzor és munkatársai kiindulásként öt önkéntes bevonásával kétfajta MRI-t készítettek. Az egyikkel (nagy felbontású T1-súlyozott MRI) leképezhető az agy háromdimenziós felszíne, illetve idegsejtjeinek aktivitása, a másikkal (diffúziós spektrum MRI) színkódok formájában jellemezhető az adott területen futó idegrostok iránya (lásd: ábra, 1. pont: a kék szín az agy alsó része felé, a vörös a jobb- és baloldal irányába, a zöld pedig az előre-, illetve hátrafelé irányuló rostokat jelenti.).

Az így kapott felvételeken elkülönítették a fehér, illetve a szürkeállományt (a szürkeállomány tartalmazza az idegsejtek úgynevezett sejttesteit, míg az idegsejtek nyúlványai, amelyek az idegeket alkotják, a fehérállományt hozzák létre), majd tisztán anatómiai jellemvonások alapján azonosítottak 66 agykérgi régiót. Ezeket a régiókat aztán tovább osztották egyénenként jellemző, az agyműködés szempontjából kitüntetett, összesen 998 apró területre (lásd: ábra 3-4. pontjai).

A fehérállományon belül a szakemberek meghatározták a rostrendszerek lefutását (traktográfia), majd mindezek alapján kiszámították a kapcsolódási pontokat a 998 apró agyterület között. Eredményül egy olyan hálózatot kaptak, amely feltárja az agykéreg sejtjeinek kapcsolatrendszerét (lásd: ábra 5. pont).

A különleges térkép fontos működésbeli egységet azonosított az agykéregben

A térképen megjelent egy különösen gazdagon kapcsolt régió, amely az agy középvonalában, az agykéreg hátulsó részén közrefogja mindkét féltekét. A kutatók azt is megfigyelték, hogy ez az agyterület pihenés közben mutatja a legnagyobb aktivitást, ami arra utal, hogy az információáramlás koordinálásában központi szerepet tölt be.

A kutatók méréseik alapján megbizonyosodtak arról is, hogy minél összetettebb szerkezetet mutatnak a sejtkapcsolatok, annál nagyobb mértékű sejtaktivitás, működés figyelhető meg az adott területen. A szakemberek szerint úgy is fogalmazhatunk, hogy ha sikerül feltérképezni egy adott régióban az idegsejtek kapcsolatainak szerkezetét, azzal megjósolható a működés minősége is.

A működés hozzárendelése az idegpályákhoz lehetőséget nyújt az idegrendszeri eredetű elváltozások - mint amilyen Alzheimer-kór vagy az autizmus - tanulmányozására is. Ehhez a jövőben még pontosabb, nagyobb felbontású térképeket készítését tervezik a szakemberek különböző korú egészséges és idegrendszeri eredetű betegségben szenvedő önkéntesek vizsgálatával.

A térképek összehasonlításával várhatóan magyarázni lehet majd az adott betegség kialakulásának okait, megfigyelhetőek lesznek a betegség előrehaladtával végbemenő idegrendszeri változások, s talán hatékonyabb kezelések is lehetővé válnak. Számítógép segítségével tetszőlegesen módosítható például a feltárt idegsejtkapcsolatok szerkezete, azon keresztül pedig modellezhetőek az előidézett működésbeli változások.

A kutatók szerint mindezek segítségével a jelenlegi ismeretekhez képest rengeteg új információ nyerhető majd a jövőben az agyműködésről. Hagmann professzor szerint felfedezésük egy új tudományágat indíthat útjára, az úgynevezett konnektomikát, amely az agy sejtjeinek kapcsolatait kutatja, értelmezi majd.

Eredeti cikk: Hagmann et al. Mapping the Structural Core of Human Cerebral Cortex. PLoS Biology, 2008; 6 (7): e159 DOI: 10.1371/journal.pbio.0060159