2022. Június 29. szerda
Egy nemzetközi kutatócsoport egy agyi ritmus, a gamma oszcilláció újabb funkcióját fedezte fel a neurális kódolásban. Sikerült bizonyítaniuk, hogy agyunk idegsejtjei erre a ritmusra hangolódva kódolják a teret és navigálnak minket. Ez megerősíti azt a feltevést, miszerint a gyors ritmus a szükséges előfeltétele minden magasabb rendű agyi funkciónak.

A kutatók korábban már kimutatták, hogy a bennünket körülvevő teret agyunk idegsejtjei kódolják, és a jelekből a mediális temporális lebeny (a hippokampusz és az entorhinális kéreg közösen) megalkotja a környezet neurális modelljét. Ebben a modellben a sejtek úgy jelzik aktuális koordinátáinkat, mint a Google térképen az a bizonyos kék pont. Az azonban, hogy ez miként történik, továbbra is élénk vita tárgya.

Agykutatás ritmus

Az előbbi kérdést vizsgálta austini kollégáival Nádasdy Zoltán, az ELTE Pedagógiai és Pszichológiai Kar (PPK) tudományos főmunkatársa. Az eredményhez a fáziskódolás elmélete segítette a kutatókat. Téri pozíciónkat a hippokampusz sajátos neuronjai, az úgynevezett helysejtek kisülése jelzi. Ezek a sejtek azt a helyet képviselik, amelyen a mozgásban lévő személy éppen áthalad. A kisülések sorozatából rekonstruálja agyunk azt az útvonalat, amelyet a személy megtesz. Ehhez egy koordinátarendszert alkalmaz, amelyet a kutatók 2005-ben meg is találtak a hippokampusszal szomszédos entorhinális kéregben. A tudóscsoport ezt a területet kezdte el vizsgálni úgy, hogy epilepsziás betegek temporalis lebenyébe több tucat elektródát ültettek be, köztük olyan mikroelektródákat is, amelyek lehetővé tették egyedi neuronok aktivitásának követését.

A betegek tablettal a kezükben számítógépes játékokat játszottak, ily módon a virtuális környezetben hajtottak végre tájékozódási feladatokat. Az eljárással a kutatók az epilepsziás rohamok helyének meghatározása mellett a betegek téri navigációját és emlékezetét is tesztelni tudták.

A kísérletek célpontjai az entorhinális kéregben található sajátos neuronok, az úgynevezett grid- vagy rácssejtek voltak. A rácssejtek arról ismertek, hogy a térnek periodikusan ismétlődő rácspontjaiban tüzelnek. A betegek játékát figyelve a kutatók azt is látták, hogy ezek a sejtek nemcsak a tér meghatározott pontján, de meghatározott időben is tüzelnek. Ez alapján felvetődött a kérdés, hogy mi teremti meg a neuronok közti összhangot.

Nádasdy Zoltán, a kutatásról beszámoló cikk első szerzője már korábban felvetette, hogy az idegtestek közötti információcsere nem véletlenszerű időpontokban történhet, mint ahogy azt korábban vélték. Az agyban a sejtek tüzelési mintázatát egy ritmus, a gamma oszcilláció szabályozhatja.

Megalkotta a fáziskódolás elméletét, amely a gamma hullám frekvenciájának rögzítése után pontos becslést ad annak terjedésére és sebességére, megjósolja a gamma fázis késését az agykérgen belül vagy az agy távoli részei között, továbbá az oszcillációk terjedéséből következő hálózati tulajdonságokat is jelzi. Amikor ezek a gamma hullámok természetellenesek, a viselkedés megváltozik, ez történik epilepsziás rohamokban is. A kutatók ezért is kezdtek epilepsziás betegeket vizsgálni.

A vizsgálat során az ELTE PPK tudományos főmunkatársa austini kollégáival azt is látta, hogy a kisülések fázisa a gamma ritmushoz képest bizonyos téri pontok környezetében konstans, majd attól eltávolodva szisztematikusan változik, és bizonyos távolságra megint állandó lesz. Ebből a ritmusból pedig egy idő múltán létrejön egy környezetspecifikus térkép.

Ebből kiderült, hogy a sejtek oly módon koordinálják tüzelésüket a gamma oszcillációkkal időben is és térben is, mintha szigorúan koreografált tánclépéseket tennének. A kutatók szerint a jelenséget leginkább a tangóhoz lehet hasonlítani, ahol a tánclépések ugyan kötöttek, de a vezető szabadon vezeti partnerét a táncparkett egész területén.

Azt feltételezték, ha a neuronok így kódolják a teret, akkor a kisülés fázisából megjósolható az avatár pozíciója. Ez így is történt, illetve azt gondolták a kutatók, ha ez a kód ilyen jól olvasható számunkra, akkor nagy valószínűséggel a neuronok is olvassák.

"Ilyen gyors és precíz fáziskoordinációt, mint amit most demonstráltunk, téri feladatban még nem figyeltek meg" - összegezte Nádasdy Zoltán. Az áttörő megfigyelés nemcsak a fáziskódolás elvét támasztja alá, de választ ad arra kérdésre is, mi a kód kiolvasásának időalapja. Ez pedig, a gamma ritmus lehet. Amennyiben ez így van, akkor a kutatók a gamma ritmus egy újabb funkcióját fedezték fel a neurális kódolásban. A felfedezés nemcsak magyarázatot ad arra, hogyan kódolja a teret agyunk, de közelebb vihet az agyi zavarok gyógyításához is.

A gamma ritmus az ízeltlábúaktól a gerincesekig, a rovaroktól a főemlősökig mindenhol megtalálható, így az embernél is. Az evolúció során stabilan minden agytípusban megjelenő ritmusnak kulcsszerepe lehet az idegi információ kódolásában, s ezt várhatóan további kutatások is bizonyítani fogják.

A tanulmány a Science Advances című lap 2022. május 4-i számában jelent meg.


Forrás: MTI
2022. 05. 13.
Ossza meg: Kövessen minket:



Vital - egészségügyi linkcentrumKeresés