Hangya Balázs, a HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI) Lendület Rendszer-neurobiológia Kutatócsoportjának vezetője és munkatársai mostani pályázatukban az agy egy meghatározott kolinerg (vagyis acetil-kolin segítségével kommunikáló) sejtcsoportját vizsgálják. Ezek a kolinerg sejtek arról híresek, hogy fontos szerepet játszanak a legkülönfélébb kognitív (gondolkodással kapcsolatos) agyműködésekben. Így nem meglepő, hogy a kutatócsoport is foglalkozott már korábban kolinerg sejtekkel. Jelenlegi vizsgálataik a bazális előagyi kolinerg sejteket célozzák. E sejtcsoport jól ismert a neurobiológiában, hiszen már az 1980-as években leírták velük kapcsolatban, hogy pusztulásuk Alzheimer-kór esetén jól korrelál a memóriazavarokkal.

Elfelejtett sejtek

Hangya Balázs

„Már régóta foglalkozunk ezekkel a sejtekkel, és eközben egy véletlen felfedezést tettünk. Létrehoztunk egy olyan transzgenikus egérvonalat, amelyben nagyon erősen jelölődnek fluoreszcens fehérjével az agy kolinerg sejtjei. És azt láttuk, hogy nemcsak az ismert helyeken vannak kolinerg sejtek, hanem egy másik területen, a laterális szeptumban is – mondja Hangya Balázs. – A laterális szeptum az úgynevezett szeptális komplexum része, amely középső (mediális) és oldalsó (laterális) részből áll. Bár e részek a nevezéktan alapján egy struktúrába tartoznak, valójában funkcionálisan az agy külön rendszereihez tartoznak.”

A mediális szeptum a bazális előagy rendszeréhez tartozik, ahol már sokat vizsgálták ezeket a kolinerg sejteket. A laterális szeptum viszont leginkább az agresszió, a szociális viselkedés, a jutalomfeldolgozás és a szorongás szempontjából ismert: a legtöbben úgy vélekednek, hogy e funkciók feldolgozása zajlik a szeptum oldalsó részében. Amikor az agykutatók látták, hogy a laterális szeptumban is vannak kolinerg sejtek, akkor először azt gondolták, hogy valamiért hibás az új egérvonal. Vagyis olyan génexpresszió jelenik meg benne, ami normális körülmények között nem fordul elő az egéragyban. Viszont amikor többféle módon is letesztelték a jelenséget, kiderült, hogy valóban vannak a laterális szeptumban is kolinerg sejtek.

Ezeket a sejteket már az 1990-es években leírták patkányokban, majmokban és mosómedvékben, de ezt teljesen elfelejtették, és azóta senki sem vizsgálta őket: az anatómiai vizsgálatokat semmiféle funkcionális kutatás nem követte. „Úgy gondoltuk, hogy mivel a kolinerg sejtek nagyon fontos szerepet töltenek be azokon az agyterületeken, ahol ismert a funkciójuk, valószínűleg a laterális szeptum hasonló sejtjei sem lényegtelenek – folytatja Hangya Balázs. – Ugyanakkor nem tudunk róluk semmit, ezért kezdjük el őket vizsgálni. Abból indulunk ki, hogy e sejtek funkciója a laterális szeptum mint struktúra feladataihoz fog kapcsolódni. Konkrétan e Lendület-pályázat keretében főleg a jutalom- és büntetésfeldolgozás témakörét járjuk körül.”

Vagyis azt fogják vizsgálni, hogy e sejtek részt vesznek-e, és ha igen, hogyan vesznek részt a jutalom és a büntetés értelmezésében.

A jutalomfeldolgozás közvetett módon a tanuláshoz, a szociális viselkedéshez, illetve a szorongás feldolgozásához is kapcsolódik. Ezek közül elsősorban a tanulásra fognak fókuszálni, de vizsgálni fogják a kolinerg sejteknek az öregedésben, illetve az Alzheimer-kórhoz kapcsolódó demenciában betöltött szerepét is. Ezt a területet viszonylag korán érinti az Alzheimer-kór okozta idegsejt-károsodás, tehát ezen a területen korán megjelennek az Alzheimer-kórra jellemző amiloidplakkok, vagyis lerakódások.

„Elsősorban egerekkel fogunk dolgozni, amit emberi post mortem szövetek vizsgálatával egészítünk ki. Itt a HUN-REN Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézetben nagyon jó szövetbank működik, amelyben boncolásból származó agyakat tárolunk, és belőlük veszünk mintákat a lehető legjobb minőségben – mondja a kutatócsoport-vezető. – Általában ezeken vizsgáljuk, hogy az egerekben tett felfedezések lefordíthatók-e az emberi agyra. Az egereken in vivo kísérleteket fogunk végezni, miközben az állatok ébren lesznek, és valamilyen feladatot fognak végezni. Például megtanítjuk őket valamilyen feladatra, és a tanulás közben fogjuk monitorozni a laterális szeptum kolinerg sejtjeinek aktivitását.”

Implicit tanulás és agyi mechanizmusok

A tervezett tanulási feladatok viszonylag bonyolultak lesznek, amelyeket egérkísérletekben ritkán végeznek. E területen a kutatócsoport előnyben van a rivális laboratóriumokkal szemben, mert már régóta dolgoznak ki komplex tanulási feladatokat rágcsálók számára, illetve olyan tanítási protokollokat fejlesztettek ki, amelyek révén e feladatokat meg lehet tanítani az állatoknak. Az egyik tanítási feladat, amit a Lendület-pályázatban is használnak majd, az úgynevezett implicit tanulás. Az egerek a feladat végzése közben olyasmit is megtanulnak, ami nem feltétlenül szükséges az adott művelet teljesítéséhez, de az agyuk mégis feldolgozza a környezet statisztikai szabályszerűségeit, és a tapasztalatokat eltárolja, hiszen később még hasznát vehetik.

Az egereknek például valamilyen szenzoros ingerre kell reagálniuk, ami különböző helyeken jelenik meg. Az egerek az emberekkel vagy a főemlősökkel szemben nem gombokat nyomkodnak, hanem a rendelkezésükre áll négy jutalmazó kapu, amelyek viszonylag közel vannak egymáshoz. E kapukba bedugják a fejüket, és ezzel jelzik, hogy az adott lehetőséget választották. A kapuk felett lámpák villannak fel, és az egereknek a világító kaput kell választaniuk. „Ha állandó, valamilyen szabályszerűséget tükröző sorrendben villantjuk fel ezeket a kapukat, akkor (bár a feladat megoldásához e tudás nem szükséges) az agy megtanulja ezt a sorrendet – mondja Hangya Balázs. – E tanulást úgy lehet kimutatni, hogy miután szabályszerűségeket tartalmazó sorrendben prezentáltuk a stimulusokat (villantottuk fel a lámpákat), majd egyszer csak e sorrendet megváltoztatjuk, akkor az állatok (és az ember is) lassabban végzik el a feladatot. Továbbra is el tudják végezni, mert értik a szabályt, mégis csökken a sebességük, illetve az egerek ilyenkor többet is hibáznak.”

A kutatók ezen implicit (vagy statisztikai) tanulás agyi mechanizmusait vizsgálják.

Azt feltételezik, hogy a laterális szeptum kolinerg sejtjei, amelyek a bonyolultabb tanulási feladatokban is részt vehetnek, szerepet játszhatnak az implicit tanulásban is.

Erre utal az is, hogy anatómiailag nagyon komplex dendritikus struktúráik vannak (a dendritek az idegsejtek rövid nyúlványai, ahova a bejövő ingerületek érkeznek). Ez általában a sejtben zajló bonyolult integráció, bonyolult számítások jele. Tehát elképzelhető, hogy e sejtek jelentős szerepet játszanak ebben a komoly integrációs képességeket igénylő tanulási feladatban. „Talán e kolinerg sejtek részt vesznek olyan tanulási feladatokban, ahol nagyobb a kognitív terhelés, mert bizonytalanabb az asszociáció, vagy a stimulust szenzoros bizonytalanságok zavarják – vélekedik az agykutató. – Ennek pedig az Alzheimer-kór kialakulásában is lehet szerepe. Vannak olyan egereink, amelyek az Alzheimer-kór egérmodelljének tekinthetők, tehát olyan humángénhibákat vittünk be az egerekbe, amelyek az Alzheimer-kórhoz hasonló elváltozásokat okoznak. Ezeket az egereket is megtanítjuk ugyanerre a feladatra különböző életkorokban, majd összevetjük a teljesítményüket az agyuk laterális szeptumában lévő kolinerg neuronok aktivitásával. Ha összefüggést találunk, az arra utalhat, hogy ezek az idegsejtek valóban részt vesznek az implicit tanulás feldolgozásában.”