Váratlan jelenségek a tanulás idegrendszeri szabályozásában

A tanulás óriási jelentőséggel bíró, borzasztóan összetett folyamat. A tanulást számos különböző megközelítéssel vizsgálják, de a viselkedéses idegtudományban a Pavlovi kondicionáláson alapuló módszerek egyértelműen dominálnak. Ezen klasszikus elrendezés erejét mutatja, hogy használatával még a mai napig is születnek meglepő kutatási eredmények. Egy amerikai kutatócsoport új eredményei szerint a hipotalamusz oldalsó magja sokkal komplikáltabb szerepet tölt be a tanulásban, mint azt korábban hitték.

Tanulás az állatkísérletes idegtudományban

A tanulás jelentőségét képtelenség túlhangsúlyozni. Az idegrendszer a tanulás során válik képessé arra, hogy ellássa funkcióit. Bizonyos mértékig az érzékelést magát is meg kell tanulni, nem beszélve a minket körülvevő környezet bonyolultabb összefüggéseiről. A tanulással foglalkozó kutatások elsősorban ez utóbbit igyekeznek megragadni. Ahhoz viszont, hogy a tudósok a tanulás idegrendszeri hátterét is kellő részletességgel vizsgálhassák állatkísérletekre van szükség. Az állatkísérletekben a tanulás egyszerűbb formában jelenhet meg csupán.

Az egyik legegyszerűbb elrendezés, amelyben mérhetővé válik a kísérleti állatok tanulása, a klasszikus kondicionálás. A jelenséget Ivan Pavlov vizsgálta elsőként tudományos igényességgel. Kísérleti állatként kutyákat használt, az ebédidőt jelző csengőszó már önmagában kiváltotta a nyálelválasztás fokozódását az ebeknél. Ez arra utalt, hogy az állatok megtanulták, a csengőszó az ételt jelzi előre. Az idegtudósok Pavlov óta számos fontos ismeretet gyűjtöttek a társításos tanulás idegrendszeri alapjairól ezzel az egyszerű kísérleti elrendezéssel.

A hipotalamusz is szerephez jut a társításos tanulásban

A klasszikus kondicionáláshoz gyakran használnak táplálékot a kutatók, hiszen a kísérleti állatok csak a számukra fontos dolgokról tanulnak hatékonyan. Ez az összefüggés vetette fel, hogy a táplálékfelvétel szabályozását végző hipotalamikus sejtcsoport a táplálékot jelző ingerek megjegyzésében is fontos.

Egy amerikai kutatócsoport kezdett foglalkozni a hipotalamusz oldalsó magja és a táplálkozás közötti kapcsolattal. A szakértők körében ismert, hogy az oldalsó mag ingerlése fokozza a táplálékfelvételt. Az amerikai kutatók viszont arra figyeltek fel, hogy ez csak abban az esetben igaz, ha az ingerlés az állat számára ismerős környezetben, ismerős táplálék jelenlétében következik be. Egy másik fontos eredmény szerint, amennyiben a kísérleti állat dönthet két ismerős étel között, akkor az ingerlés hatására nagyobb valószínűséggel választja azt az ételt, amelyet már korábban párosítottak elektromos ingerléssel. Ezek alapján a kutatók felvetették, hogy a hipotalamusz oldalsó magjának ingerlése nem egy általános motivációs állapotot, az éhséget idézi elő, hanem feltehetőleg összeköti az étel külső jegyeit az étel elfogyasztása által előidézett kellemes állapottal.

A kutatók ezt az elképzelést klasszikus kondicionálási helyzetben vizsgálták. Egy jelzőinger jelezte előre a táplálék megjelenését a kísérleti állatok számára. A kutatók a jelzőinger felvillanása és a táplálék megjelenése közti időben optogenetikai ingerlés révén gátolták az oldalsó hipotalamusz sejtjeinek aktivitását. Úgy gondolták, ha a laterális hipotalamusznak valóban a jelzőinger és a táplálék közötti kapcsolat megtanulásában van szerepe, akkor ennek a beavatkozásnak meg kellene akadályoznia, hogy a kísérleti állatok a fény felvillanásakor már megközelítsék az ételadagolót. Ez valóban így történt, a beavatkozás ráadásul nem volt hatással arra, hogy mennyit esznek az állatok az ételből, tehát a sejtcsoport ezek alapján nem befolyásolja az éhség mértékét.

Mindezt a kutatók egy további vizsgálattal erősítették meg. Hagyták az állatoknak megtanulni a jelzőinger és az étel közötti összefüggést, csak a későbbi próbák során gátolták a laterális hipotalamusz sejtjeit. Az állatok ezeken a próbákon úgy viselkedtek, mintha először lennének a ketrecben. Miután észrevették az ételt, ugyanannyit ettek belőle, mint normálisan. A hipotalamusz oldalsó magja ezek szerint nem a táplálékfelvétel szabályozásában, hanem a társításos tanulásban játszanak szerepet.

A hipotalamusznak csak az étellel kapcsolatos tanulásban van szerepe?

A kutatókban az eredmény kapcsán felmerült, hogy a laterális hipotalamusz talán a társításos tanulás más megnyilvánulásait is befolyásolhatja. A korábbi kísérletekhez használt állatokat ezért félelmi kondicionálásnak vetették alá. Ebben az elrendezésben az állatok egy hangjelzés és az azt követő áramütés közötti kapcsolatot tanulják meg. Az eredmények szerint a laterális hipotalamusz sejtjeinek mesterséges gátlása a félelmi kondicionálást is akadályozta.

A kutatók megpróbálták megismételni ezeket az eredményeket naiv állatok segítségével. Olyan kísérleti állatokat használtak tehát, melyek korábban nem találkoztak táplálékkal kapcsolatos kondicionálási feladattal. Ezeknél az állatoknál azonban a laterális hipotalamusz mesterséges gátlása egyáltalán nem befolyásolta a félelmi kondicionálás kimenetét. Tulajdonképpen ez a megfigyelés vetette fel, hogy a laterális hipotalamusz a korábbi tapasztalatoktól függő módon befolyásolhatja a későbbi tanulást. Ennek az elképzelésnek a tesztelésére újabb kísérleteket végeztek el a kutatók.

A kutatók először megerősítették a korábbi meglepő eredményüket, miszerint a laterális hipotalamusz akár a félelmi kondicionálást is befolyásolhatja, de csak abban az esetben, ha a kísérleti állat korábban már megtanult valamilyen táplálékot társítani egy jelzőingerhez. Ez tulajdonképpen az első olyan kísérleti eredmény, amely szerint egy korábbi tanulási folyamat olyan szinten változtathatja meg a későbbi események elsajátításának idegrendszeri mechanizmusát, hogy egy sejtcsoportnak meghatározó szerepe lesz benne, míg a naiv állatokban ugyanez a sejtcsoport nincs hatással a tanulásra.

A hipotalamusz néha akadályozza a társításos tanulást

A kutatók ezután azt vizsgálták, hogy van-e hatása a laterális hipotalamusznak az asszociatív tanulásra akkor, ha a kísérleti állatoknak egy közömbös ingert kell társítaniuk egy jutalmat jósló ingerrel. Ebben az elrendezésben a kísérleti állatok először egy semleges ingert látnak, ami jósolja egy másik inger megjelenését. Ez utóbbi ingert mindig esetben táplálék követ. A kutatók gátolták a laterális hipotalamusz sejtjeinek aktivitását az első inger megjelenésekor és arra számítottak, hogy emiatt az állatok nem fogják összekötni ezt az ingert a jutalmat jósló ingerrel.

Az eredmények szerint azonban épp az ellenkezője lett igaz: a kísérleti manipuláción átesett állatok hajlamosabbak voltak már az első inger megjelenésekor megközelíteni a táplálék adagolót, mint a zavartalanul tanuló állatok. A kutatók szerint ez az eredmény arra utal, hogy a laterális hipotalamusz normálisan a semleges ingerpárosítások megtanulását gátolja.

A hipotalamusz néha támogatja, máskor gátolja az asszociációk kialakulását

A kutatók szerint ezek az eredmények két szempontból kiemelkedően fontosak. Először is jelentősen átformálhatják a laterális hipotalamusz működésével kapcsolatos elképzeléseket. A laterális hipotalamusz úgy tűnik, hogy nem csak a táplálékkal kapcsolatos tanulásban játszhat szerepet, hanem akár az kellemetlen események megjegyzésében is fontos lehet.

A kísérletekben tapasztalt jelenség magyarázata azonban egyelőre nem teljesen világos. Vajon miért csak a klasszikus kondicionálást követően jut szerephez a laterális hipotalamusz a félelmi kondicionálásban? Egyáltalán igaz lehet, hogy a naiv állatok sosem társítottak ingereket életük során? A kutatók mindent megtettek, hogy az állatok semmiféle ingerkapcsolatot ne tanulhassanak meg a nevelésük során, de kérdéses, hogy ez a törekvés mennyire lehet sikeres. Feltehető például, hogy a táplálék látványa és szaga között is kialakul egy asszociáció az élet során, ennek megakadályozása nehezen elképzelhető. Miben más ez az asszociáció, mint megtanulni, hogy egy fény felvillanását mindig a táplálék megjelenése követi? Elképzelhető, hogy maga a kondicionálási helyzet, és az ezzel járó élmények feszítik elő a laterális hipotalamuszt a tanulás vezénylésére, de ez egyelőre nagyon homályos.

Másrészt az is kiderült, hogy a laterális hipotalamusz gátolhatja az ingertársítások kialakulását. Ennek óriási gyakorlati jelentősége lehet, hiszen a szakértők úgy vélik, hogy az különféle ingerek közötti jelentéktelen kapcsolatok túlzott felfedezésére való hajlam állhat például a szkizofréniára jellemző téveszmék kialakulása hátterében. Hasonló folyamatok feltehetőleg a drogfüggőségből való kilábalást is megnehezítik, hiszen a kábítószerfogyasztással asszociált környezeti jelek is erős sóvárgást válthatnak ki, feltehetőleg társításon alapuló folyamatok révén. A vizsgálat által felvetett folyamatok tehát nem pusztán az elméleti implikációk miatt érdekesek, hanem a gyakorlati jelentőségük is óriási lehet.