Nagy múltra tekint vissza az a gondolat, hogy az agy különböző területei különböző funkciók szolgálatában állnak. Számos próbálkozás volt már arra, hogy a kutatók feltárják a teljes agy funkcionális „térképét”. Egyelőre viszont még nincs olyan módszer, amivel lehetséges volna élő embereknél a teljes agyra kiterjedően megvalósítani ezt. A legfőbb hiányosság eddig az volt, hogy az agykéreg alatti szürkeállományi régiókat nem lehetett nagy bizonyossággal elkülöníteni egymástól, még funkcionális mágnesesrezonancia képalkotással sem, pedig az agykéreg esetében ez a megközelítés már működőképes. Egy ausztrál kutatócsoport ezúttal úgy tűnik, hogy sikerrel járt a kéreg alatt elhelyezkedő szürkeállományi struktúrák funkcionális mágneses rezonanciás képalkotás segítségével történő felosztásában. A szakértők szerint fontos előrelépés a kognitív idegtudomány számára.
Eltérő részek, eltérő funkciók?
A különböző mentális képességeket különböző agyterületekhez kötni nem egy új gondolat. Talán meglepő, de az ókorban jelentek meg az első elképzelések, melyek szerint az agy különböző részei különböző mentális funkciókhoz köthetők. A gondolat gyökere abban keresendő, hogy a híres római orvos, Galénosz, minden kétséget kizáróan kimutatta, hogy a lélek az agyban helyezkedik el. Mi más magyarázná, hogy az agyból kiinduló bolygóideg egyik ágának átmetszése elnémítja a sivító disznót? Mivel a lelket egy nagyon finom anyagból álló dolognak képzelték, ami ide-oda áramlik a testben, ezért kézenfekvő volt, hogy valamilyen folyadékkal azonosítsák. Az agykamrákban pedig van is folyadék. Ezért vált népszerűvé az a nézet, hogy az agykamrák adnak otthont a léleknek. De vajon miért van belőlük több? Az ókori és középkori gondolkodók úgy vélték, azért, mert a léleknek is sokféle feladata van: érzékelnie, gondolkodnia, emlékeznie kell és ezeket a megfelelő kamrában tudja megvalósítani.
Idővel a tudósok számára világossá vált, hogy az agyban nem a kamrák, hanem a szövetes állomány az érdekesebb. Például a maradandó károsodásokkal járó fejsérülések mindig az agyszövetben okoztak látható elváltozásokat. Thomas Willis (a XVII. században) már a kérgestesthez rendelte a képzeletet, a csíkolt testhez pedig az érzékelést. Több hasonló elképzelés is megjelent az idők során, noha egy jelentős részük nem volt megfelelő empirikus eredményekre alapozva. Azt a gondolatot, hogy a különböző mentális funkciók különböző agyterületekhez köthetők lokalizációnak nevezik az idegtudományban. A lokalizáció talán egyik leghírhedtebb formája a frenológia volt, amely a XIX. század elején jelent meg. Ennek az áltudományos irányzatnak az volt a központi gondolata, hogy az agykéreg különböző pontjaihoz különböző jellemzők köthetők, és ezek a területek annál nagyobbak, minél jellemzőbb valakire az adott tulajdonság. Ha valaki például nagyon irigy, akkor az irigységért felelős agykérgi rész nála túlfejlett, kidudorodik, a koponyája pedig követi az agykéreg alakját, így akár tapintással is kimutatható az ember személyisége. A frenológiát ezért dudortannak is nevezték, és az akadémiai körökben azt érte el, hogy a lokalizáció gondolata nevetség tárgyává vált.
Idővel azonban kiderült, hogy a dudortan egyetlen dologra mégis ráhibázott: az agykéreg különböző pontjaihoz valóban különböző funkciók köthetők. Ezt elsőként Pierre Paul Broca támasztotta alá, amikor hosszas munkával több olyan esetet is összegyűjtött, melyben a bal féltekének homloklebenyében keletkezett sérülés beszédzavart okozott. A XIX. század végére tehát újra elfogadott lett a lokalizáció gondolata. A XX. században ennek talán legemlékezetesebb bemutatása Wilder Penfield nevéhez fűződik, aki éber személyek agykérgét ingerelte agyműtét közben, ezzel különféle érzéseket és mozdulatokat váltott ki belőlük. Ez arra utalt, hogy ezeken a területeken normálisan kialakuló aktivitás az okozója a tapintási érzéseknek és a mozgásoknak. Manapság már tudjuk, hogy a lokalizáció gondolata alapjában véve igaz, és számos megközelítés van az agyvelő funkcionális felosztására.
Térképezés napjainkban
Az agyvelő funkcionális felosztása az idők során sokféleképp valósult meg. Eleinte megérzések, sejtések alapján, később agysérülések következményei alapján, majd a különböző területek ingerlésének hatásából következtettek az egyes területek feladataira. Manapság már lehetőség van az emberi agy működésének szinte valós idejű megfigyelésére is a funkcionális mágneses rezonanciás képalkotás révén. Ezzel a módszerrel meg lehet figyelni, hogy milyen helyzetekben milyen területek aktiválódnak, így például a számoláshoz lehet kötni az agy bizonyos részeit.
Érdekes módon az emberi agy felosztására irányuló kísérletek nagyrésze az agykérget célozta, a kéreg alatti struktúrák kevés ilyen próbálkozás tárgyai voltak. Ennek persze több oka is van, például, hogy az fMRI által rögzített jelek nehezebben rögzíthetők a kéreg alatti struktúrákból. Emellett az agykéreg végső soron egy felgyűrt sík struktúra, míg a kéreg alatti magok bonyolult térbeli alakzatok. Ez szintén megnehezíti a jelek forrásának pontos beazonosítását. Egy ausztrál kutatócsoport viszont új módszert dolgozott ki a kéreg alatti struktúrák működésbeli összefüggéseinek feltárására. A módszer lényege, hogy nyugalmi állapotban készítenek felvételt a résztvevők agyáról, majd a felvétel alapján konnektivitási mutatókat számolnak a kéreg alatti struktúrákhoz tartozó képpontokhoz (voxelek). A konnektivitás azt mutatja, hogy az fMRI által rögzített jel két voxelnél mennyire változik együtt. A konnektivitási mutatók alapján minden voxelhez rendeltek egy vektort, ami nagyjából azt mutatja, hogy az adott voxel mely környező voxelekkel van a legnagyobb összhangban. Az így kapott vektorok alapján aztán fősodrásokat állapítottak meg és az ezekben látható éles váltások alapján határozták meg a funkcionális egységek határát. A kutatóknak ennél a lépésnél egyébként figyelembe kellett venniük azt is, hogy ezek a változások következhetnek a szubkortikális struktúrák alaki sajátosságaiból is.
A kutatók nagyjából ezer résztvevő felvételei alapján általánosították ezeket a mintázatokat, és így határozták meg a funkcionális egységeket. A felosztás összhangban volt számos anatómiai alapú felosztással, tehát szépen elkülönültek a bazális ganglionok, a thalamusz, az amigdala, és a hippokampusz is. Ez már önmagában is bíztató, hiszen a módszerrel így lehetséges olyan struktúrák elkülönítése is, amelyeket egyébként az MRI képek alapján nem lehet egyértelműen körvonalazni. A kutatók össze is állítottak egy atlaszt, ami remélhetőleg a későbbiekben más kísérleti személyeknél is használható lesz. A kutatók ennek ellenőrzésére egy komputációs modell segítségével új résztvevők fMRI felvételeiből is meg tudták határozni, hogy egy adott képpont melyik struktúrának feleltethető meg az atlasz szerint. Az új adatpontok túlnyomó többsége szépen illeszkedett a meglévők közé, voltak azonban olyan személyek, akiknél a feltárt szabályszerűségek alapján nem lehetett meghatározni a kéreg alatti struktúrákat. Egyelőre nem világos, hogy ennek mi az oka. Lehetséges, hogy a normális anatómiai variancia okozza, de akár valami sajátos különbség is lehet a háttérben. A szakértők szerint ez roppant érdekes kérdés. Ha ezek a sajátosságok együttjárnának valamilyen viselkedéses szinten is megnyilvánuló különbséggel, abból bizonyára alavető jelentőségű felfedezés lenne.
A kutatók azt is megfigyelték, hogy a megállapított határok eltolódtak, amikor a résztvevők valamilyen feladatot végeztek, például érzelmeket kiváltó képeket nézegettek. Az viszont egyelőre nem világos, hogy ezt hogyan kellene értelmezni. Ha nyugalmi állapotban a kutatók által használt módszer kirajzolja az egyébként szövettanilag is elkülönülő struktúrákat, akkor nem teljesen világos, hogy mit jelent, amikor más szituációkban ezek a határok elmozdulnak. Miért pont a nyugalmi állapotban rajzolódnak ki szépen a határok és máskor miért folynak össze az egyes struktúrák? Ezen kérdés megválaszolására még nem vállalkoztak a kutatók. Összességében a módszerük nagyon izgalmas új kiindulási pont, ami talán hozzá fog járulni ahhoz, hogy jobban megértsük az agy működését.
Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2021/01. számában jelent meg.
