Sokkal nagyobb szerepet tölt be a talamusz a félelmi tanulásban, mint azt korábban gondoltuk – derítették ki a Természettudományi Kutatóközpont munkatársai, akik szerint a felfedezéssel új utak nyílhatnak meg a szorongásos és depressziós zavarok kezelésében.

Mit értünk félelmi tanulás alatt?

A hétköznapjaink során rengeteg ingerrel találkozunk, hiszen szinte minden pillanatunkban látunk, hallunk, érzékelünk valamit. Ezt a beérkező információmennyiséget az agyunk, legyen bármilyen fejlett, képtelen teljes egészében elraktározni; szelektálásra kényszerül, és azokról a dolgokról képez emléknyomokat, amik hatással vannak rá.

Például ha valami finomat eszünk, akkor az kellemes emlékként fog elraktározódni tudatunkban, és később visszatérünk abba az étterembe, ahol az ételt felszolgálták nekünk. Ugyanez igaz a kellemetlen tapasztalatokra is: amennyiben egy kutya vicsorogva megugat minket, többet nem fogunk szívesen a közelébe menni, és már attól borsózni fog a hátunk, ha a távolból meghalljuk a jellegzetes morgását.

Ez az asszociatív tanulás lényege: a külvilágból érkező információk közül a számunkra fontosakat emléknyomokként elraktározzuk, hogy azokat később adott szituációkban elővéve megfelelő döntéseket tudjunk hozni.

A rémisztő élményeket okozó kutyának később elég már csak a hangját hallanunk, hogy összerezzenjünkForrás: Pixabay

Átértékelődött két agyterület, a talamusz és az amigdala szerepe

A Pavlov kísérletében kiválóan demonstrált asszociatív tanuláshoz kétféle jelre van szükség. Vegyünk példaként egy egeret, amely hall egy számára kezdetben semleges hangot. Valószínűleg nem fog nagy jelentőséget tulajdonítani neki, egészen addig a pillanatig, míg ehhez az ingerhez valamilyen kellemetlen élmény nem társul (például egy mérsékelten fájdalmas elektromos impulzus). Innentől a rágcsáló magatartása megváltozik: a későbbiekben pusztán a hangot hallva már menekülőre fogja a dolgot, vagy ledermed, hátha észrevétlen tud maradni.

Egér akcióban - félelmi magatartás és szorongás vizsgálataForrás: Barsy Boglárka - TTK

Korábban a tudomány úgy vélte, hogy a semleges és az érzelmi töltetet hordozó ingerek társítása egy jól definiált agyterületen, a formája miatt mandulaként is ismert amigdala oldalsó (laterális) részén történik. Ezzel azonban több probléma is felmerült.

Az eddigi elméletek nem tudtak magyarázatot adni arra, hogy a fájdalom és a semleges inger miként tud eljutni az amigdalába, de arra sem létezett megcáfolhatatlan bizonyíték, hogy a társítás ezen az agyterületen történik" – mondta az Origónak Mátyás Ferenc, a Természettudományi Kutatóközpont Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézetének főmunkatársa, a felfedezést ismertető tanulmány szerzője. A szakértő szerint ráadásul korábban kimérték, hogy nagyon gyors folyamatról beszélünk, a stimulus kezdetétől számítva nagyjából 15 milliszekundumon belül a két inger összekapcsolásával létrejött információ már megjelenik a laterális amigdalában. Ehhez egy hihetetlenül gyors idegpályára lenne szükség, melyet a mai napig nem sikerült leírni.

Mátyás Ferenc és kutatócsoportja ezért azt állítja, a hang- és fájdalominger társításáért nem az amigdala, hanem egy másik agyterület, a talamusz felel. Ezt bizonyítja az is, hogy sikerült azt a talamikus sejtcsoportot genetikailag azonosítaniuk, amely az asszociációban szerepet játszik – a megfigyelt sejtek akkor voltak a legaktívabbak, amikor a hangot és a fájdalmat egyszerre érzékelte az állat.

A talamusz egyfajta kapcsolóállomásként működik az agyban: fogadja és integrálja a főbb érzékszervi információkat, majd azokat továbbítja az agykéreg és más kéregalatti régiók felé.
Egy jelölt talamikus (zöld) sejt az egér agyábanForrás: Babiczky Ákos - TTK

Fények az agyban

Az ingerek társításában részt vevő talamikus sejtcsoport meghatározása az optogenetika módszerével történt.

Lényege, hogy a szakértők az egerek talamuszsejtjeibe olyan fényérzékeny csatornákat juttatnak, amiket lézerrel célzottan lehet nyitni vagy zárni. Ha a csatornák nyitva vannak, a pozitív ionok beáramlása aktiválja a sejteket. A neuronok ki- és bekapcsolásával a kutatók rájöttek, hogy mely talamikus sejtek vetítették az amigdalába az információkat.

Az idegsejtek különböző ingerekre (hangra, fájdalomra vagy ezek kombinációjára) létrejövő aktivitásmintázatait, illetve azok változásait az egéragyba épített, néhány tíz mikrométer vastagságú elektródákkal mérték.

Egér akcióban - félelmi magatartás és talamikus aktivitás vizsgálataForrás: Kocsis Kinga - TTK

Mi a helyzet az emberrel?

Habár az emberi agy felépítése a rágcsálókénál sokkal komplexebb, az amigdala és a talamusz közötti kapcsolat ugyanúgy megvan nálunk is, már csak a pályarendszert kell azonosítani" - magyarázza Mátyás Ferenc.

A humán félelmi tanulás megértését célzó kutatások egyelőre tervezési fázisban vannak. Annyi biztos, hogy először FMRI-vel fogják vizsgálni a talamusz és az amigdala kapcsolatát, majd agyi metszeteken keresik az érdekesnek ígérkező sejtcsoportokat.

Forrás: Science Photo Library via AFP/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Science Photo Library

Az eredményeket hasznosítani lehet majd a diagnosztikában. Például megnézhetjük, hogy pánikbetegeknél, depressziósoknál a laterális amigdalába vetítő talamikus sejtcsoport aktivitása milyen rendellenes eltéréseket mutat" – mondta Mátyás Ferenc, aki szerint ha sikerülne megismerni a tanulmányozott idegsejtpopuláció jellegzetességeit, azzal új terápiás eljárások kifejlesztése válhatna lehetővé.

A Nemzeti Agykutatási Program (NAP) támogatásával megvalósult magyar felfedezés a Nature Neuroscience folyóiratban jelent meg. A publikáció első szerzői Barsy Boglárka (aki a viselkedéstani és optogenetikai kísérleteket végezte) és Kocsis Kinga (elektrofiziológiai mérések kivitelezője).