Acsády László Lendület-kutatócsoportjának kutatásai az agykéreg és a talamusz közti kommunikáció sokféleségét tárják fel. Az emberi agykéreg az eddig ismert világ egyik legbonyolultabb szerveződési formája. Az viszont már kevésbé ismert, hogy az evolúció során nem alakult ki közvetlen kapcsolat az agykéreg és a külvilág között.

Acsády László Fotó: mta.hu / Szigeti Tamás

Az egyik cél: az agykéregből a talamusz felé induló összeköttetések vizsgálata

Ezt az összeköttetést a talamusz biztosítja: elérhetővé teszi a külvilágból és az agy többi területéről származó információkat az agykéreg számára. A szaglás kivételével minden gyors serkentő és gátló információnak át kell haladnia a talamuszon, mielőtt elérkezne az agykéregbe. Legyen szó a belső állapot megváltozásáról, mozgási parancsról, a látott kép keltette ingerületről vagy bármilyen más információról – gyors továbbításában a talamusz központi szerepet játszik.

A talamuszról alkotott klasszikus elképzelésekkel ellentétben ma már tudjuk, hogy ez az agyterület korántsem csupán passzív „átkapcsoló reléfunkciót” lát el, hanem kétirányú kommunikáció működik közte és az agykéreg között. Az agykéreg minden régiója oda-vissza irányú kapcsolatban van a talamusszal.

„Ezért az agyműködést tulajdonképpen folyamatos agykéreg-talamusz interakciónak is tekinthetjük. Ezt az interakciót időnként megváltoztatja a külvilág vagy a belső állapotváltozások – mondja Acsády László. – A spontán talamusz-agykéreg interakció „megzavarása” miatt beindult folyamatokból alakul ki az érzékelés, a gondolkodás és a tervezés is. A talamuszból az agykéregbe irányuló összeköttetéseket nagyon sokat tanulmányozták már. Ehhez képest meglepően kevesen foglalkoztak az agykéregből a talamusz felé induló összeköttetésekkel. A mi Lendület-kutatócsoportunknak ezért ez az egyik fő célkitűzése.”

Hogyan „beszélgetnek” a szenzoros kérgek?

Az agykéregből a talamuszba irányuló pályák csekély vizsgálatának tehát az az oka, hogy a hagyományos felfogás szerint a talamuszban nem zajlanak „fontos” folyamatok, mindenféle feldolgozás, a tanulástól a percepcióig az agykéregben történik. Acsády László szerint azonban ez egyértelműen téves vélekedés, így az agyi folyamatok megértése szempontjából ugyanolyan fontos az agykéregből a talamuszba irányuló kapcsolatok feltérképezése is. Ráadásul a betegségekben ugyanilyen nagy jelentőségűek a kétirányú talamusz-agykéreg kapcsolatok. Míg az egészséges idegrendszerben precízen meghatározott ritmusok szabályozzák a talamusz és az agykéreg közötti kommunikációt, betegség esetén rendellenes ritmusok jelennek meg, és megzavarják az egészséges működést. Ez történik epilepsziában, Parkinson-kórban és számos egyéb krónikus neurológiai betegségben.

Szentágothai János óta moduláris szerveződésként képzeljük el az agyi struktúrákat, vagyis az agykéreg is jól meghatározható modulokból, oszlopokból áll. A modulok rengeteg féle sejttípusból épülnek fel, amelyek között hitetlenül bonyolult kapcsolatok létesülnek, de a modulok felépítésének logikája azonos. Tehát például a látókéreg egy modulja hasonló elvek szerint működik, mint a homloklebenyi kérgi modulok, noha a két régió feladatai merőben mások. Ehhez a jelenséghez kapcsolódik a Lendület-kutatócsoport általános kérdésfelvetése is.

„A kutatásainkkal arra igyekszünk választ találni, hogy

vajon a szenzoros kérgek ugyanúgy beszélgetnek-e a talamusszal, mint a frontális kérgek.

Vagyis a kommunikáció szerkezeti és funkcionális elvei azonosak-e – folytatja a kutatócsoport-vezető. – Ha az derülne ki, hogy a két agyi régió talamusszal létesített kapcsolatai eltérőek, akkor ez azt is feltételezné, hogy a frontális és a szenzoros kérget érintő neurológiai betegségek hátterében húzódó agyi folyamatok is különböznek.”

Sokféle információ integrációja

A kutatóprogram kísérletes ága nagy kihívások elé állítja a kutatókat, éppen ezért a projekt egyszerre sok lábon áll. Számos anatómiai és fiziológiai kísérletet végeznek el genetikailag módosított egereken, de főemlős- és emberi minták is a rendelkezésükre állnak. Így, ha bármilyen strukturális vagy funkcionális sajátságot felfedeznek a rágcsálómodellben, annak meglétét ellenőrizni tudják a főemlős- és a humánagyban is. A legmodernebb eljárások segítségével sejttípus-specifikus módon tudják jelölni az agykéreg és a talamusz közötti pályákat, meg tudják mérni az aktivitásukat és a talamuszra gyakorolt hatásukat. Így összehasonlítják az érző- és frontális kéregből kiinduló pályák szerkezetét és működését. A kísérletek során a legfejlettebb mikroszkópos módszereket (elektron-, fény- és szuperrezolúciós mikroszkópot) alkalmaznak. Képesek élő állatban nyomon követni, hogy az agykéreg milyen befolyással van a talamusz idegsejtjeinek aktivitására, és így össze tudják hasonlítani a különböző kérgi területekről bemenetet kapó területek aktivitását is. Emellett viselkedési kísérleteket is végeznek. Szelektíven megzavarják az egyes kortiko-talamikus (az agykéregből a talamuszba irányuló) pályákat, és megvizsgálják, hogy e beavatkozás hogyan hat az állat viselkedésére.

A Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben már évtizedek óta zajlanak a talamusszal kapcsolatos kutatások, így a kutatócsoportnak már számos eredménye van azzal kapcsolatban, hogy – Acsády László szavaival – „fundamentálisan más a kortiko-talamikus kommunikáció a szenzoros és a frontális kérgek, illetve a talamusz között”. Más a pályák struktúrája, más hatást fejtenek ki a posztszinaptikus sejtek, illetve valószínűleg a pályák plaszticitása is eltér egymástól. Ha a közeljövőben bebizonyosodik, hogy az egyik pálya hajlamosabb a kapcsolatok erősségének megváltoztatására (vagyis plasztikusabb), mint a másik, akkor ez kulcsfontosságú lesz annak megértésében, hogy a patológiás helyzetekben az egyik pálya miért működik hibásan, miközben a másik nem.

A kutatócsoport-vezető szerint egyre inkább nyilvánvalóvá válik, hogy a talamusz sejtjei nemcsak egyetlen helyről kapnak bemenetet, amit csupán továbbítaniuk kell, hanem sokféle információ integrációja történik bennük. E kéreg alatti integráció alakítja át úgy a jelet a kéreg számára, hogy az értelmezhetővé váljon a magasabb rendű agyterületek számára. Ily módon olyan új információkkal gazdagodik a jel – és ezáltal az agykéreg –, amelyek máskülönben elérhetetlenek lennének a számára.

A program sikeres végrehajtása alapvetően megváltoztatja nézeteinket a talamusz szerepéről az agykérgi kommunikációban.