Megérteni az agykéreg fantasztikus alkalmazkodóképességét

Illlusztráció: Profimedia

A biológiai kutatásokkal foglalkozó bázeli Friedrich Miescher Intézet Roska Botond vezette kutatócsoportja a Nature Neuroscience tudományos folyóirat honlapján 2017. május 22-én publikált cikkben jelentette meg eredményeit.

Az írás első szerzője, Hillier Dániel a kutatásról az MTI-nek telefonon elmondta, a szem különböző fejlődési rendellenességei miatt az agykérgi látásfunkciók maradandóan károsulnak. Ennek oka, hogy az agykéreg alkalmazkodik a szem hibás működéséhez, és hiába korrigáljuk a szem optikai hibáját, a látókéreg működése szinte soha nem tér vissza a normális állapotba. A hibás látókérgi működések terápiájának kidolgozásához elengedhetetlen annak megértése, hogy miként értelmezi a látókéreg a retinából küldött jeleket.

Ismertetése szerint az egér retinájában található, többek között nyolc olyan sejttípus, amely a szembe jutó képfolyam minden „pixelét” figyeli és ahol mozgás van, ott annak irányát is érzékeli. E nyolc irányszelektív sejttípus mindegyike egy-egy mozgásirányt figyel. Például az egyik csak a hátrafelé mozgásra érzékeny, egy másik csak a felfelé mozgásra. Régóta ismert, hogy az agykéregben is találhatóak irányszelektív sejtek, azonban eddig csak feltételezések léteztek a retina és az agyi irányszelektivitás kapcsolatáról.

A nyolc évig tartó munka során azt vizsgálták a Bázelben dolgozó kutatók – együttműködve az MTA-KOKI Neuronhálózat és dendritikus aktivitás kutatócsoportjával -, hogy mi változhat az agykérgi irányszelektív érzékelésben, ha a retinában megszüntetik a mozgásirányok érzékelését.

A kérdés megválaszolásához először olyan génmódosított egereket használtak, amelyeket egy emberi szembetegség megértése céljából állítottak elő. Ezek az egerek az emberi betegséget pontosan másolják: retinájukban születéstől fogva nem érzékelik a vízszintes irányú mozgásokat az irányszelektív sejttípusok. Arra számítottak a kutatók, hogy a beteg egerek látókérgében sem lesznek vízszintes irányra érzékeny sejtek. Amikor viszont megmérték a beteg egerek agykérgi irányszelektív sejtjeinek aktivitását, mégis találtak vízszintes irányokra érzékeny látókérgi sejteket. A hátrafelé mutató mozgásra érzékeny sejtekből azonban sokkal kevesebbet találtak, mint az egészséges állatok látókérgében, amelyeknél a kérgi irányszelektív sejtek többsége a hátrafelé mozgásra érzékeny. Ekkor összevetették az egészséges egerek retinájában található hátra-, illetve felfelé mutató mozgásra érzékeny irányszelektív sejtek számát, ott is megtalálták a hátrafelé mozgás dominanciáját. Valószínű, hogy a hátrafelé mozgás azért ennyire fontos, mert az egér szeme oldalirányba néz és emiatt futás közben a környezet hátrafelé mozog.

Hillier Dániel elmondta: a kísérletekkel most először tudták azt is bebizonyítani, hogy az agykéreg akkor is érzékeli a mozgásirányokat, ha az erre érzékeny sejtcsoportok a retinában irányérzéketlenek. Az eredmények alapján azt feltételezik, hogy az agykéreg próbál adaptálódni a megváltozott helyzethez, és a retina épségben maradt, de irányérzékelést nem végző sejttípusainak jeleit használva képes érzékelni a mozgásirányokat.

A kutatás egyik hosszú távú célja, hogy jobban megértsék az emberi agy alkalmazkodóképességét. Például, ha ki lehet deríteni, milyen molekuláris folyamatok indulnak be a fejlődő egér látókérgi sejtjeiben röviddel azután, hogy irányérzéketlenné tették a retinát, akkor – bizonyos szembetegségek esetén – ezt a molekuláris folyamatot felnőttkorban mesterségesen beindítva segíteni lehetne az adaptálódási folyamatokat a rosszul működő látókérgi idegsejtekben. Ezzel lehetővé lehetne tenni a fejlődés során nem vagy hibásan tanult funkciók „újratanulását”.

Az irányszelektív sejtek helyes működése a szemmozgások összehangolásához is szükséges. A kutatás jelentőségét mutatja, hogy az emberiség akár négy százalékát is érintik az olyan gyermekkorban kialakuló szembetegségek, amelyek a két szem összehangolását zavarják meg, ezáltal a látókéregben is elváltozásokat okoznak, kihatva például az olvasási képességre, amely komolyan befolyásolhatja a társadalmi érvényesülést – hangsúlyozta Hillier Dániel.