Az emberi agy az univerzum legösszetettebb rendszere, amely a legösszetettebb jelenséget hozza létre: az emberi viselkedést. A viselkedés hátterében az idegsejtek kusza hálózatainak működése áll, ám a sejtek maguk is összetett rendszerek. Végső soron a sejtszintű folyamatok határozzák meg az idegrendszer hálózatainak működését és így a viselkedést is. A viselkedés és a molekuláris szintű folyamatok közötti szakadékot az idegtudósok rutinszerűen szelik át az állatkísérletekben, arra azonban jóval kevesebb példa van, hogy emberekkel végzett kutatásban is megtörténik ez. Egy amerikai kutatócsoport viszont nem régiben egy teljesen egyedi megközelítésről számolt be, mellyel az emlékezet genetikai alapjait vizsgálták.
Az agykutatás legfőbb célja az, hogy feltárja, hogyan hozza létre az agyműködés a viselkedéses és mentális jelenségeket. Ennek a törekvésnek a kulcsa, hogy a kísérletek során együtt figyelik meg az idegrendszerben zajló biológiai folyamatokat és a viselkedést. Ez azonban nem olyan egyszerű, mint amilyennek elsőre hangzik.
Manapság ugyan már számos módszer áll rendelkezésre az agyban zajló élettani folyamatok megfigyelésére, ezek csupán sajátos korlátok között használhatók. Az emberi agy működésének megfigyelésére használatos módszerek jellemzően csak nagyobb idegsejtcsoportok együttes működésére engednek következtetni, tehát a sejtszintű folyamatokkal nehezen hozhatók összefüggésbe.
A sejtszintű folyamatok vizsgálatához a sejteket tartalmazó szövetminta feldolgozására van szükség. Az ilyen jellegű vizsgálatok tehát csak akkor lehetségesek, ha az adott szövetet eltávolítják a szervezetből. Érthető módon, ez meglehetősen lekorlátozza a lehetőségeket, és az emberi agy sejtszintű folyamatainak vizsgálata ezért nehézkes.
Az állatkísérletes irodalomban sokkal mélyebb részletekre derítettek már fényt a kutatók, hiszen itt lehetőség van arra, hogy egy bizonyos viselkedés elvégzését követően a kísérleti állatot feláldozzák és meghatározhassák a helyzet által előidézett sejtszintű változásokat az agyukban.
A sejtek működésének megváltozása tulajdonképpen a sejtek fehérjeösszetételének megváltozását jelenti. Ennek követésére manapság gyakran használják a sejtekből kinyerhető mRNS-eket (az mRNS-ek a fehérjék „tervrajzai”, így csak közvetve utalnak a sejtben lévő fehérjék mennyiségére és minőségére, viszont hatékonyabban határozható meg a pontos kilétük és mennyiségük, mint a fehérjéké).
Az emberi idegsejtek működése és a kognitív folyamatok közötti összefüggéseket általában indirekt elrendezésekben lehetséges vizsgálni. Például elképzelhető, hogy konkrét neurológiai zavarral diagnosztizált személyekből álló csoport agyából vett posztmortem mintákat egészséges személyektől származó mintákkal hasonlítják össze.
Páratlan lehetőség: temporális lobektómia
Egy amerikai kutatócsoport azonban páratlan lehetőséget aknázott ki, hogy az emberi emlékezet molekuláris alapjait vizsgálja. A kutatók olyan résztvevőket toboroztak a kísérletbe, akik a halántéklebenyük elülső részének eltávolítására vártak. Ez úgy lehetséges, hogy a résztvevők egytől egyig súlyos halántéklebenyi epilepsziával küzdöttek, amin a gyógyszeres kezelés nem segített. Az ilyen súlyos esetekben a leghatásosabb beavatkozás a rohamokat kiváltó agyterület eltávolítása. A halántéklebeny egy részének eltávolítása, vagyis a temporális lobektómia az esetek túlnyomó többségében (~ 80-90%) teljesen megszűnteti a rohamokat.
Érdekes módon hasonló beavatkozásnak köszönhető, hogy feltárult a halántéklebeny elülső részének az emlékezésben betöltött alapvető szerepe. A XX. század derekán egy Henry Molaison nevű amerikai férfi esett át kétoldali temporális lobektómián. A férfi rohamai teljesen ellehetetlenítették az életét, a gyógyszerek pedig semmit sem segítettek az állapotán. Orvosai úgy döntöttek, hogy mindkét oldalon eltávolítják a problémásnak ítélt területeket. A beavatkozás Molaison esetében is megakadályozta a rohamok kialakulását. A műtét azonban váratlan mellékhatással járt: Molaison emlékezete nem tudott újabb emlékeket befogadni.
Henry Molaison a későbbiekben számos ismerettel gazdagította az emberi emlékezet idegtudományát, de az is fontos tanulság volt, hogy a halántéklebeny kétoldali eltávolítása kerülendő procedúra. Manapság azokban az esetekben is csak az egyik oldalon távolítják el a halántéklebeny elülső részét, amikor a rohamok mindkét oldalról indulhatnak. Ezekben az esetekben természetesen kevésbé hatékony a beavatkozás.
Az emlékezés molekuláris alapjai
Az amerikai kutatók tehát temporális lobektómia előtt álló személyeket toboroztak kutatásukba. A betegeket egy egyszerű emlékezeti teszt elvégzésére kérték. Ez egy klasszikus emlékezeti teszt volt, melyben szólistákat tanultak meg a résztvevők, majd néhány perc elteltével megpróbálták felidézni őket. A műtét előtt álló betegek a feladat mindkét részét úgy végezték el, hogy a halántéklebenyükön már jelen voltak az elektródák, amik a rohamokat kiváltó terület pontos feltárását szolgálták.
A résztvevők teljesítménye átlagos volt, az eredmények megfeleltek a szakirodalomban közölt, egészséges populációkkal közölt eredményeknek: a szavak negyedét sikerült helyesen felidézniük átlagosan. A kutatók az emlékezeti teszt eredményeinek elemzését követően az elektródák által rögzített jeleket is elemezték. Azokra a próbákra fordítottak különösebb figyelmet, melyekben a látott szavakat később helyesen idézték fel a résztvevők. A kutatók tehát a sikeres emlékezeti kódolás elektrofiziológiai korrelátumait keresték. Ezek az eredmények is összhangban voltak a szakirodalmi adatokkal, a halántéklebeny hullámtevékenysége összefüggést mutatott az emlékezeti teljesítménnyel.
Ezután jött a kutatás azon szakasza, amely igazán egyedülálló a területen. A vizsgálat résztvevői átestek a műtéti beavatkozáson és a halántéklebenyből eltávolított szöveten a kutatók további vizsgálatokat végeztek. A mintákból elkülönítették az egyedi sejteket, a sejtekben pedig felmérték az mRNS tartalmat. Ezután összevetették a génkifejeződésre vonatkozó adatokat és a halántéklebenyi elektrofiziológiai mintázatokat. A legszigorúbb elemzési kritériumokat használva azt találták, hogy nagyjából 300 gén kifejeződésének mértéke van összefüggésben az emlékezeti kódolással összefüggésbe hozható oszcillációk paramétereivel.
Milyen gének kellenek az emlékezéshez?
A vizsgálat során talált géneket több csoportba tudták besorolni a kutatók, a génekkel kapcsolatos korábbi ismeretek alapján. Egyes csoportok az idegsejtek közötti jelátvitelben, mások pedig a génkifejeződés szabályozásában érintettek. Ezek a sejtszintű folyamatok feltehetőleg több idegrendszeri hálózat működésében is fontosak, azonban néhány génről kiderült, hogy olyan mentális zavarokban is érintettek, melyekre jellemzők az emlékezeti problémák (pl.: bipoláris zavar, szkizofrénia).
Érdekes módon a kutatók azt találták, hogy az emlékezeti teljesítményt tükröző egyik elektrofiziológiai oszcilláció a gliasejtek génkifejeződésével mutatta a legerősebb együttjárást. Ez újabb jele annak, hogy az emlékezeti folyamatokban sokkal fontosabb szerepet töltenek be a gliasejtek, mint azt korábban feltételezték.
Fontos megemlíteni, hogy a vizsgálatban használt szövettani minták epilepsziás személyektől származtak, így fennáll az esélye, hogy az adatok nem vonatkoztathatók az egészséges populációra. A kutatók azonban hangsúlyozzák, hogy a résztvevőknél nem voltak emlékezeti zavarra utaló jelek. Azt is érdemes kiemelni, hogy a feladat teljesítése és a műtét között eltelt idő változó volt. A kísérletben talált génkifejeződési mintázatot ezért nem lehet egyértelműen a feladat számlájára írni. Inkább olyan génexpressziós állapotot tükrözhet, ami befolyásolja az emlékezeti kódolás hatékonyságát, nem magát az emlékezeti kódolást lehetővé tévő genetikai folyamatokat.
A kutatás mindenesetre egyedülálló a megközelítésében. Ennyire direkt összefüggéseket a kogníció és a génkifejeződés között emberben még sohasem tártak fel. Kérdéses, hogy a módszer mennyire lesz alkalmazható más kontextusban, hiszen a temporális lobektómia speciális helyzetet teremt. A beavatkozás viszonylag gyakori, ráadásul az eltávolítandó területnek jól ismert szerepe van az emlékezeti folyamatokban. A helyzet tehát meglehetősen egyedi, nehéz elképzelni olyan helyzetet, melyben még használható lenne ez a megközelítés, noha kétségtelenül nagyon fontos eredményekkel gazdagította a humán idegtudományt.
Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2021/19. számában, az Agyi aktualitások rovatban jelent meg.
