Az újdonság keresése központi jelentőségű az összetett állatok életében. Ha kimerül egy táplálékforrás, új területet kell keresni. Ha az egyed elérte az ivarérettséget, párt kell találni. Az újdonságkeresést azonban nehéz az idegtudományi laborokban vizsgálni és talán ezért is van, hogy még máig nem tudunk túl sokat az idegrendszeri alapjairól. Egy amerikai kutatócsoport makákókon végzett vizsgálatokkal igyekezett többet megtudni az újdonságkeresés idegélettani együttjáróiról. Az eredményeik nincsenek teljesen összhangban az újdonság feldolgozásával kapcsolatos eddigi elképzelésekkel.
Az újdonság viselkedésre és idegrendszerre gyakorolt hatásaival elsőként a behaviorista pszichológia foglalkozott a tudományos módszer eszköztárának felhasználásával. A behaviorizmus egy elméleti keretrendszer, ami az amerikai pszichológiában fejlődött ki, elsősorban Ivan Pavlov reflexekkel kapcsolatos elképzelései nyomán. A behaviorista pszichológusok arra törekedtek, hogy az állati és az emberi viselkedést a reflexekre alapuló szabályszerűségekkel teljes egészében leírják, jósolják és befolyásolják.
A behaviorista programban hamar felmerült az újdonság jelentősége: már maga Pavlov is írt az ún. „mi-az?” reflexről. Amikor idegeneknek akarta bemutatni az alaposan betanított kutyái kondicionált reflexét, Pavlov gyakran hoppon maradt: a kutyákat jobban érdekelte, hogy ki lehet az idegen, mint a csengőszó. Ezt a reakciót nevezte Pavlov „mi-az?” reflexnek. Később egy honfitársa komolyabban elkezdte tanulmányozni a jelenséget, amit orientációs válasznak nevezett. Az orientációs válasz minden esetben jelentkezett, amikor a kísérleti állat valamilyen szokatlan ingerrel találta szemben magát. Ilyenkor az érzékszerveket az új inger irányába összpontosította és egy sor fiziológiai folyamat is beindult a szervezetében, melyek a stresszreakciónak is részét képezik.
Kondicionált válaszok és a dopaminerg rendszer
A XX. század közepe táján egy sor fontos felfedezésnek köszönhetően kiderült, hogy mely idegrendszeri struktúrák felelnek a kondicionált viselkedések létrejöttéért. Először azt fedezték fel amerikai kutatók, hogy a középagyhoz tartozó sejtcsoportok hozzák létre a motivációt. A középagy ingerlésével ugyanúgy rá lehetett venni a kísérleti állatokat, hogy karokat nyomkodjanak, vagy más erőfeszítéseket tegyenek, mint például amikor élelemhez juthattak ezekkel. Hamarosan az is világossá vált, hogy ezek a középagyi sejtek a dopamin nevű vegyület segítségével kommunikálnak az agy más területeivel. Ezek a felfedezések tisztázták, hogy van az agyban egy hálózat, a jutalmazó rendszer, amelynek központja a középagy dopaminerg sejtcsoportja és a jutalmak megszerzésére irányuló cselekvések létrehozásáért felel.
A 90-es években egyre pontosabban sikerült feltárni ezen sejtek válaszmintázatát a kondicionálási helyzetekben. Kiderült, hogy a dopaminerg sejtek ún. predikciókat és predikciós hibákat kódolnak. Ez azt jelenti, hogy nem akkor aktívak, amikor a kísérleti állatok jutalmakhoz jutnak, hanem akkor, amikor a kísérleti állatok jutalmat várnak (predikció), vagy amikor váratlanul jutnak jutalomhoz (predikciós hiba). Az ezt felfedező kutatócsoport azt is megjegyezte, hogy a dopaminerg sejtek néha jutalmak hiányában is tüzelnek. Például akkor aktiválódnak ezek a sejtek, amikor az állat valami szokatlan jelenséget tapasztal: egy kis dobozkát helyeznek elé, vagy éppen kinyitják a dobozka ajtaját (nem számít, hogy a doboz üres).
Ezek a megfigyelések vetették fel, hogy a dopaminerg sejtek az újdonsággal kapcsolatos viselkedéses és kognitív folyamatokban is központi szerepet játszanak. Az elképzelést komputációs modellek is támogatták. Az operáns kondicionálás során a viselkedés megváltozását több matematikai modell is jól közelíti, ezekben a modellekben pedig ugyanaz a tag képviselheti az újdonságot, mint a jutalmat. Ezek a párhuzamok a 2000-es években egy sor olyan elméletet szültek, melyek központi feltételezése, hogy az újdonság dopamin-felszabadulást vált ki az agyban, emiatt válik motiválttá a felderítésre a kérdéses agy tulajdonosa, illetve például emiatt vési be az új eseményt az emlékezetébe is.
Miért sincs mégsem dopamin-válasz, amikor a makákók új ingereket néznek?
Érdekes módon azonban ezt a feltevést, miszerint az újdonság a középagyi dopaminerg sejtek aktivációját eredményezi, eddig kevés kísérleti eredmény támasztja alá. Ennek az a legfőbb oka, hogy a legtöbb kísérletben, amelyben az újdonság egyáltalán megjelenik, mint kísérleti változó, az újdonság általában egybeesik valódi jutalmakkal (de legalábbis nehezen elválasztható tőlük). Ezt a hiányosságot próbálta pótolni egy amerikai kutatócsoport egy kísérletsorozattal, melyben makákók agyát vizsgálták elektrofiziológiai módszerekkel.
A kísérlet során az állatok egy képernyő közepén lévő keresztre függesztették a tekintetüket, majd a kereszt eltűnésekor a képernyő két oldalán egy ismerős és egy új vizuális inger (fraktál) jelent meg. Az állatok minden próba után egy csepp gyümölcslevet kaptak, attól függetlenül, hogy az ismerős vagy az új ingerre irányították a tekintetüket a kereszt eltűnését követően. A viselkedéses adatok alapján elmondható, hogy a kísérleti állatok az új ingereket preferálták: relatíve többször irányították a tekintetüket ezekre a képekre és ilyenkor a szemmozgások is gyorsabbak voltak.
Az elektrofiziológiai eredmények azt mutatták, hogy a zona incerta nevű agyterület … és a halántéklebeny elülső oldalsó alulsó kéregi területén változott meg jelentősen az idegi aktivitás az újdonságkeresés függvényében. Érdekes módon a jutalmazó rendszerhez tartozó agyterületeken nem jelentkezett olyan neurális tevékenység, ami az újdonsággal függött volna össze. Az eredmények szerint a zona incerta neuronjainak aktivitása jól jósolta azokat a szemmozgásokat, amik az új információk begyűjtését szolgálták. Ez azt jelenti, hogy a zona incerta sejtjeinek aktivitása jellemzően azelőtt fokozódott, hogy a makákók az új képre irányították volna a tekintetüket. Az is kiderült, hogy a zona incertában zajló eseményeket megelőzte a halántéklebeny elülső részének aktivitása. Mivel ismert, hogy a halántéklebenyben képeződnek le az összetett vizuális ingerek, feltehető, hogy a perifériás látás révén itt kialakuló leképezések irányítják a későbbi szemmozgásokat az új ingerre.
Zona incerta
A zona incerta bizonytalan területet jelent. A nevet Auguste Forel adta 1877-ben a köztiagyban felfedezett magcsoportnak, mivel úgy vélte, semmi bizonyos nem állítható róla.
Akkor a dopaminnak semmi köze az újdonsághoz?
Az új eredmények arra utalnak, hogy az újdonság és a jutalmak feldolgozása elválhatnak az idegrendszer szintjén. A kutatók azt vetették fel, hogy talán a jutalmazó rendszer csak akkor lép a színre, ha az újdonság magában hordozza a jutalom lehetőségét is. A laboratóriumon kívül az újdonság gyakran ilyen. Például egy új típusú gyümölcs talán tápláló finomság, egy új fajtárs potenciális szexuális partner.
A kísérletben az újdonság meglehetősen természetellenes minőségében jelent meg: egy korábban soha nem látott, színes kis kép, aminek semmiféle jelentősége nincsen, semmilyen szempontból. Így keretezve nem annyira meglepő, hogy a jutalmazó rendszerben nem váltott ki különösebb aktivitást. Vajon hogyan lenne érdemes laborkörülmények között vizsgálni az újdonság idegrendszeri hatásait?
Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2022/07. számában, az Agyi aktualitások rovatban jelent meg.
Forrás
Novelty seeking for novelty’s sake | Nature Neuroscience
A primate temporal cortex–zona incerta pathway for novelty seeking | Nature Neuroscience
