Az ember számtalan veszélynek van kitéve. A test akár közvetlenül károsodhat valamilyen baleset hatására, de akár alattomos vírusok vagy mérgek is okozhatnak problémát. A testre leselkedő veszélyekről az agyat is tájékoztatni kell, hogy beindíthassa a megfelelő vészreakciókat. De vajon hogyan értesül az agy ezekről a különféle veszélyekről? Egy új elképzelés szerint az agytörzs egyik sejtcsoportja felelős ezért: a parabrachiális mag az agy vészkapcsolójaként funkcionál.

Kell vészkapcsoló az agyba?

A szervezet egy elképesztően összetett rendszer, ami állandóan változik, mégis számos szempontból állandó. Ez a nehezen megfogható jellemző a homeosztázis, a dinamikus egyensúly, ami minden élő szervezetet jellemez. A homeosztázist számtalan dolog veszélyeztetheti. Egy sérülés, valamilyen méreganyag szervezetbe jutása, de akár a hőmérséklet lecsökkenése, vagy éppen a szervezet sótartalékainak megfogyatkozása is. Ezek mellett különféle fertőzések vagy betegségek, mint például a rák, is megzavarhatják a szervezet egyensúlyát.

Ezekre a vészhelyzetekre gyorsan és hatékonyan kell reagálnia a szervezetnek. A további sérülés elkerülése érdekében például el kell távolodni a rózsabokortól, vagy épp meg kell jegyezni, hogy az a gyümölcs, ami émelygést okozott elkerülendő. Ezekben a reakciókban az a közös, hogy mindet az agy hozza létre. A vészhelyzetek azonnali reakciót és az állat teljes figyelmét követeleik, illetve az események megtanulása is fontos a hasonló helyzetek későbbi elkerülése érdekében.

Mivel a vészreakciókban van közös pont, ezért logikusnak tűnik, hogy legyen az agyban is olyan egység, amely minden ilyen vészhelyzet esetében aktiválódik. Mint egy vészjelző, beindítja azokat a folyamatokat, amik minden helyzetben szükségesek. Az utóbbi évek kísérleti eredményei alapján felvetődött, hogy a parabrachiális magnak nevezett agyi sejtcsoport lehet ez a vészkapcsoló.

Éhező egerektől a parabrachiális magig

Eddig az elképzelésig egy kacskaringós út vezetett, amely 2005-ben kezdődött. Ekkoriban egy sor olyan génmanipuláción alapuló technika vált elérhetővé az idegtudósok számára, melyekkel páratlan pontossággal tudták elkülöníteni egymástól az idegrendszer funkcionális egységeit. A Cre-rekombináz nevű enzim segítségével specifikusan tudtak egy-egy sejtcsoportra kiterjedő hatásokat elérni, így először lehetővé vált a sejtcsoportok célzott irtása.

Ez a manipuláció állt a középpontjában annak a tanulmánynak, amit a Washingtoni Egyetem kutatói publikáltak a rangos Science folyóiratban, 2005-ben. Egy hipotalamikus sejtcsoport táplálkozásban betöltött szerepét mutatták ki. A hipotalamusz magjának sejtjeit génmanipuláción alapuló módszerrel pusztították el egerekben, ami az eredményezte, hogy az állatok táplálékfelvétele jelentősen lecsökkent, a kísérleti egerek önkéntesen éheztek.

További vizsgálatok rámutattak, hogy a hipotalamikus sejtcsoport pusztulása egy másik sejtcsoport, a parabrachiális mag működését változtatja meg számottevően. A parabrachiális mag arról kapta a nevét, hogy a felső kisagykart alkotó fehérállományi köteg mellett helyezkedik el: a kisagykar latinul ’brachium’, a ’para’ előtag pedig a közelségre utal. A parabrachiális mag tehát az agytörzsben található, pontosabban a híd és a középagy határán.

Maga a sejtcsoport legalább 12 kisebb magra osztható. A sejtjei olyan agyi képletekkel vannak kapcsolatban, melyek különféle receptorok jeleit továbbítják. Ilyenek például a magányos pálya magja, mely az ízérzékelésben és a belső szervek állapotával kapcsolatos jelzések továbbításában játszik szerepet, illetve a gerincvelő háti oldalának felszálló pályái, melyek a tapintásban, a hőérzékelésben és a fájdalomérzékelésben játszanak szerepet.

A parabrachiális mag ugyanakkor kapcsolatban van a nagyagy területeivel is, például az amigdalával, vagyis a mandulamaggal, és a hipotalamusszal is. A mandulamag központi jelentőségű a félelmi reakciók megjelenésében, a hipotalamusz pedig számos homeosztatikus szabályozási folyamatban alapvető jelentőségű. A parabrachiális mag kapcsolatrendszere miatt már régen felmerült, hogy a perifériáról érkező információ továbbításában jut szerephez.

A parabrachiális mag kapcsolatrendszere a rágcsálók agyában (Forrás: Chiang et al., 2019 – Journal of Neuroscience).

Táplálékfelvétel: a parabrachiális mag szerepe

A Washingtoni Egyetem kutatócsoportja tehát felfedezte, hogy az önkéntes éhezés oka az, hogy a hipotalamikus sejtcsoport irtása túlzott aktivációt idéz elő a parabrachiális mag sejtjeiben. További vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a parabrachiális mag sejtjei összefüggésbe hozhatók egy sor táplálkozással kapcsolatos viselkedéssel is, köztük a neofóbiával. A neofóbia lényege, hogy a rágcsálók a szokatlan, új táplálékkal szemben óvatosan viselkednek, elkerülik, amíg nincsenek rá utalva. Ez a stratégia azért hatékony, mert így nem fogyaszt el az állat fölöslegesen egy potenciálisan mérgező dolgot.

Számos tanulmány mutatta ki azt is, hogy a parabrachiális mag a kondicionált ízaverzió kialakulásához is elengedhetetlen. A kondicionált ízaverzió az averzív, vagy elkerülést kiváltó kondicionálás egy speciális esete. Az állatok a betanulás alatt olyan ételt kapnak, amelyben jellegzetes illatanyagok mellett émelygést, rosszullétet kiváltó vegyületek is vannak. Ilyen vegyületek például a különféle baktériumok sejtfalából nyert lipopoliszacharidok, illetve a lítium-klorid (LiCl) is. Az eljárás különlegessége az, hogy az állatok egy ízt tanulnak meg elkerülni egy később kialakuló kellemetlen érzés miatt.

Ezeket a hatásokat csak ízekkel, illatokkal társítják könnyen a kísérleti állatok, hangokkal vagy vizuális ingerekkel sokkal nehézkesebb hasonló tanulást elérni. Ennek a hátterében nyilván az áll, hogy az émelygést a tápcsatornába bejutott kellemetlen anyagok okozzák, amik normálisan a szájon át érkeznek. A laboratóriumi körülmények között persze elképzelhető, hogy egy fény felvillanása jelzi előre, hogy egy beültetett adagoló lítium-kloridot szabadít fel a belekben. A kísérleti állatok még egy ilyen természetellenes összefüggést is képesek megtanulni, ám csak abban az esetben, ha a parabrachiális mag normálisan működik az agyukban.

A kondicionált ízaverzió (Forrás: Nakai et al., 2020 – Biology).

A parabrachiális mag, mint vészkapcsoló

A parabrachiális magról tehát az utóbbi években bebizonyosodott, hogy a táplálkozással kapcsolatos számos vészreakcióban központi szerepe van, sőt néhány éve az is kiderült, hogy a parabrachiális mag aktivációja a rákos megbetegedéseket kísérő anorexia kialakulásában is központi szerepet tölt be.

Azt viszont már régóta tudták róla a szakértők, hogy a fájdalommal kapcsolatos vészreakciókban is fontos. Egy francia kutatócsoport 2001-ben már számos tanulmányt összegezve állította, hogy a parabrachiális mag a fájdalomérzékelésért felelős idegpályák egyik állomása. A parabrachiális mag mandulamaggal való kapcsolatának az averzív kondicionálás klasszikus, fájdalmas ingerekkel operáló elrendezéseiben is alapvető szerepe van. A parabrachiális mag sejtjeinek mesterséges aktiválása valós fájdalom hiányában is averziót vált ki.

Ezen ismeretek birtokában a Washingtoni Egyetem kutatócsoportja az utóbbi években több olyan vizsgálatot végzett, melyben kimutatták, hogy a parabrachiális magot számos veszélyes inger aktiválja: áramütés, hő, irritáló vegyületek, gyulladás, sőt a vér szén-dioxid koncentrációjának megnövekedése is. A kutatócsoport vezetője, Richard Palmiter ezen eredmények alapján fogalmazta meg az elképzelést, hogy a parabrachiális mag, pontosabban az oldalsó részének CGRP-t kifejező idegsejtjei, az agy vészkapcsolójaként funkcionálnak.

A vészkapcsoló léte azon túl, hogy izgalmas idegélettani koncepció, egy sor súlyos betegség kellemetlen hatásainak kiküszöbölését is lehetővé teheti. A rákbetegségek esetében például valószínűsíthető, hogy a parabrachiális mag túlzott aktivitása idézi elő a testtömegcsökkenést. A kísérleti állatoknál a sejtcsoport mesterséges gátlása fokozta az étvágyat. Mivel ez a sejtcsoport emberben is megtalálható, elképzelhető, hogy működésének befolyásolása akár a rákbetegségek kezelésében is hasznos lehetne.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2021/18. számában, az Agyi aktualitások rovatban jelent meg.