Idegtudományok

Az agytérképek csapdába csalhatnak, új reprezentációs keretrendszerre van szükség

2021. OKTÓBER 13.

A memória és a többi mentális funkció működését nem lehet konkrét agyterülethez kötni, írja idegtudósokkal készült interjúk alapján az élettudományokat közérthetően bemutató tudományos ismeretterjesztő Quanta Magazin cikke.

A különböző feladatok elvégzéséért felelős agyterületek feltérképezése a területek nagy átfedése miatt nemcsak lehetetlen, de ezt célul tűzni félrevezető is egyben, nyilatkozta a lapnak Lisa Feldman Barrett, a Northeastern University pszichológusa. A tudósok az elmúlt száz évben eredménytelenül keresték a mentális kategóriák: a gondolkodás, az érzékelés, a döntéshozatal, az emlékezés, a mozgás és a többi mindennapos élmény hátterében álló agyterületek közötti határokat, folytatja Barrett, és hozzáteszi: számos közelmúltban megjelent neurológiai vizsgálat is azt bizonyítja, hogy ezek a mentális életet leíró kategóriák nem segítenek annak megértésében, hogyan strukturálódik és hogyan dolgozik az agy. Hibás az az elképzelés, hogy erős párhuzam van az idegkutatók által használt mentális kategóriák és a mentális események neuralis implementációja között, hangsúlyozza a pszichológus.

Hasonló a véleménye a New York University idegkutatójának, David Poeppelnek is. Mint Poeppel kifejti, az idegkutatók általában egyetértenek abban, hogy fizikai szinten hogyan szerveződnek a különböző idegsejttípusok agyszövetté, majd különféle agyi régiókba és hálózatokba, de amikor ezeknek a régióknak és az agy által végzett feladatoknak (pl. percepció, memória, figyelem, érzelem, akció) az összekapcsolása kerül szóba, az egyetértés megszűnik. Senki nem vitatja, hogy a vizuális cortex szükséges a látáshoz vagy a hippocampus a memóriához, hiszen ezen régiók sérülése rontja ezeket a funkciókat, de például a memória működéséhez egyéb agyterületek is szükségesek, sőt napjainkban a memórián kívül egyre több kognitív folyamat esetében is bebizonyosodik a hippocampus alapvető szerepe. A különböző feladatok elvégzésének hátterében feltételezett agyterületek átfedése időnként olyan jelentős, hogy a feladatok megnevezése értelmetlenné válik, mondja Poeppel.

A University of Montreal idegtudósa, Paul Cisek azt emeli ki, hogy bár a jelenlegi keretrendszer fontos meglátásokat eredményezett, mára olyan csapdába vezette a kutatókat, ami a neurológiai és pszichológiai rendellenességek kezelési módjainak kifejlesztését is hátráltatja. Az agy működésének valódi megértése érdekében az idegtudomány középpontjában lévő koncepciók radikális átgondolására van szükség, teszi hozzá Cisek, aki az új keretrendszer szükségességét Buzsáki György és munkatársainak Nature-ben megjelent tanulmányával példázza: Buzsáki és munkatársai, a New York University idegkutatói augusztusi cikke (A metabolic function of the hippocampal sharp wave-ripple) meglepő kapcsolatot tár fel a memórianyomok kialakulása és az anyagcsere szabályozása között a hippocampusban.

Amikor az fMRI segítségével lehetővé vált élő agyak megfigyelése, az idegtudósok nagy lépéseket tettek a mentális aktivitás klasszikus kategóriáihoz (pl. percepció, figyelem, tanulás, memória, döntéshozatal, motoros kontroll) tartozó neuralis alapok megismerése felé, ám eközben arra is rájöttek, hogy a kategóriákhoz kapcsolt neuralis hálók nem úgy működnek, ahogy várták, írja az interjúkat összegző Jordana Cepelewicz. Mint kiderült, az agy felépítése nem respektálja a mentális kategóriák közötti határokat, és a kategóriák mögötti hálózatok óriási mértékben átfedik egymást. Így pl. a közelmúltban kiderült, hogy az agy kétharmada közreműködik az egyszerű szemmozgások kivitelezésében, és az agy fele aktiválódik a légzés kapcsán. Hasonlóan meglepő az a 2019-es felfedezés is, miszerint az agy „percepciós” területeinek, pl. a vizuális cortexnek a neuralis aktivitása inkább mozgással kapcsolatos információt kódol, és csak kevésbé szenzoros információt. Az agytérképezés identitáskrízise ráadásul nem is csak a percepció és a többi kognitív funkció agyi központjait érinti, írja Cepelewicz. A kisaggyal kapcsolatban például úgy vélekedtünk, hogy az majdnem kizárólagosan a motoros kontrollal van elfoglalva, de kiderült, hogy a figyelmi folyamatokért, az érzelemszabályozásért, a nyelvi folyamatokért és a döntéshozásért is felelős. Hasonlóan a bazális ganglionokról is kiderült, hogy a motoros kontrollban játszott szerepükön kívül számos magas szintű kognitív folyamatban is részt vesznek.

A váratlan eredmények egy része mögött módszertani problémák állhatnak, mondja Buzsáki György. A funkciókért felelős agyterületek azonosítása közben az idegkutatók általában magasabb kognitív folyamatokat társítanak az fMRI-vel mért aktivitásokhoz, ezzel szemben gyakori, hogy azok inkább irreleváns izommozgások, pl. a feladat végrehajtása miatt módosuló szemmozgás jelei. Más részük azonban mélyebb konceptuális problémára utal, folytatja Buzsáki: „Az agyat saját, már jó előre kialakított ideáink alapján osztjuk részekre, azt feltételezve – véleményem szerint hibásan –, hogy előre kialakított ideáinkat határok választják el egymástól, és hogy ugyanazok a határok az agy funkciójában is léteznek.”

Az emberi előítéleteket kiküszöbölendő, 2019-ben Russel Poldrack, a Stanford University idegtudósa kollégáival mesterséges intelligenciához fordult: a kognitív kontroll különböző aspektusainak tesztelése érdekében végrehajtott kísérletek rengeteg viselkedéses adatát gépi tanulást alkalmazó algoritmuson futtatták át. Az algoritmus által kreált klasszifikáció jelentősen eltért a tradicionális kategóriáktól, sokkal általánosabb konstrukciókat eredményezett, magyarázza Poldrack a Quanta Magazinnak. Az AI által létrehozott új konstrukciókra egyelőre nincs elnevezésünk, és az is elképzelhető, hogy azokat nem lehet közvetlen módon hozzákapcsolni tudatos élményeinkhez, mondja Poldrack, aki egy másik vizsgálatában azt is kimutatta, hogy a percepció, illetve a memória mérésére létrehozott feladatok közben valójában az agynak ugyanazokat a konstrukcióit mérjük. Az a tény, hogy képtelenek vagyunk megkülönböztetni a percepció és a memória mérésére létrehozott teszteket, arra utal, hogy az agy nem ezen kategóriák alapján működik, érvel Poldrack.

Az amigdalával kapcsolatos úttörő munkájáról ismert Joseph LeDoux – aki szintén a New York University idegkutatója – is elmondja az agyi „központokkal” kapcsolatban: az amigdala félelmi központként való tárgyalása nemcsak téves, de egyenesen káros. Egyáltalán nem az amigdala generálja a félelemérzést – a félelem inkább egy helyzet kognitív értelmezése, egy olyan szubjektív élmény, ami a memória működésével kapcsolatos. Az a pszichológiai jelenség, amit az egyik ember félelemként él meg, a másik ember szerint lehet, hogy teljesen másfajta élmény; a kutatások szerint a félelemérzés inkább a prefrontális cortexben ébred, míg az amigdala inkább a fenyegetésre adott tudattalan válaszban vesz részt, ami nem mindig jár együtt félelemmel, teszi hozzá LeDoux. „Ártalmatlannak tűnhet, ha félelmi központként hivatkozunk az amigdalára, de ekkor az amigdala örökli a félelem szó összes szemantikus hozadékát. Ez a hiba pedig eltorzíthatja a gyógyszerfejlesztési próbálkozásokat is, így például azokat, amik szorongásoldókat akarnak kifejleszteni. A hiba elkerülése érdekében a szenzoros stimulusok fizikai processzálását és tudatos megélésüket külön kell választani”, mondja LeDoux.

További bonyodalmat jelent, hogy a neuralis rendszerek részvétele egy-egy feladatban nem „minden vagy semmi” alapon működik. Érdekes például Elisabeth Murray és munkatársainak (NIMH) munkája, akik azt találták, hogy a medialis temporalis lebeny részét képező perirhinalis kéreg, a klasszikus „memória”-rendszer központi összetevője csak bizonyos memóriafeladatok esetén aktív. Ha a vizsgálati alanynak két kép hasonlóságát kell megítélni, a feladatban csak akkor vesz részt a perirhinalis kéreg, ha a hasonlóság bizonyos fokú – nagyobb vagy kisebb hasonlóság megítélésekor a perirhinalis kéreg nem kapcsol be. Ehhez hasonlóan, memóriafeladatok végrehajtásakor a vizuális percepcióban alapvetőnek tartott inferior temporalis cortex is csak bizonyos kontextusokban kapcsol be. Steven Wise neurobiológus szerint ez arra utal, hogy a kérgi területek speciális vizuális, auditoros, szomatoszenzoros vagy végrehajtó funkciók szerinti kategorizálása helyett az általuk reprezentált információk különböző kombinációit kéne tanulmányozni. Egyes régiók tulajdonságok egyszerű kombinációiban lehetnek érintettek, pl. „sárga” vagy „négyzet”, ami kiadhatja a sárga négyzet gondolatát, míg más területek vizuális tulajdonságok bonyolultabb kombinációit vagy akusztikus és kvantitatív információk kombinációit reprezentálhatják. Wise azt is hozzáteszi, hogy ez az agyi szerveződési séma azt is megmagyarázza, hogy miért van olyan sok váratlan funkcionális átfedés a tradicionális mentális aktivitási térképeken: ha egy adott régió az információk egy adott kombinációját reprezentálja, akkor a régió aktív a memória, a percepció és a figyelmi vagy viselkedésszabályozási folyamatok során egyaránt.

Wise reprezentációs keretrendszere mellett további próbálkozások is vannak az agyfelosztás újragondolására. A már idézett Cisek és Buzsáki szerint a funkcionális részegységek evolúciós történetének feltárása segíthet a koncepcióalkotásban. Mint Buzsáki elmondja, a memóriát, a jövőtervezést és a képzeletet részben ugyanazok a neuralis mechanizmusok kódolják, ami evolúciós nézőpontból nagyon is érthető, mivel így ugyanaz a rendszer újrafelhasználható különböző célokra. Ezt mutatja Buzsákiék friss Nature-tanulmánya is: valószínűleg a vércukorszint szabályozására kialakult hippocampalis hullámforma került újrafelhasználásra a memóriafolyamatokban.

A modellmentes, adatalapú megközelítést alkalmazó Poldrack leszögezi: természetesen egyikünk sem azt akarja, hogy ne használjuk többé pl. a memória szót – ha azonban meg akarjuk érteni az agyat, ugyanúgy meg kell kérdőjeleznünk a működésével kapcsolatos intuícióinkat, ahogy a kvantummechanika megkérdőjelezte a világ fizikai jelenségeivel kapcsolatos tudásunkat.

Szemlézte:
Kazai Anita dr.

Eredeti közlemény:
Cepelewicz J. Brain Maps Are a Trap – Memory and other mental functions can’t simply be reduced to one part of the brain. The Atlantic 2021(08):619909.

HOZZÁSZÓLÁSOK

0 hozzászólás

A rovat további cikkei

Idegtudományok

A stroke új kezelése

Kutatók egy új terápiás eljárást ismertettek, mellyel csökkenthetőek az agyi infartus okozta károsodások, az elhalt idegek újra növekedhetnek, a kiesett működések helyreállhatnak. Ráadásul az eddigiekkel szemben „a terápia hosszú idővel a stroke után is hatékony” - állítja Gwendolyn Kartje, a cikk első szerzője.

Idegtudományok

A szerotonin nem csak neurotranszmitter

A szerotonin nemcsak ingerületátvivőként működik, hanem a génexpresszió szabályozásában is részt vesz. E felfedezés következtében jobban megérthetjük a normál agyfejlődést, a pszichiátriai és neurodegeneratív betegségeket, és új terápiás módszereket fejleszthetünk ki.

Idegtudományok

A drogok hatása az agyra

A kábítószerélvezet valószínűleg a „gondolkodás nélküli cselekvés” veleszületett hajlamához köthető. Legalábbis ezt mutatták ki a kutatók mesterséges stimulánst használó testvérek vizsgálata alapján.

Idegtudományok

Az agyi plaszticitás kulcsa

A felnőtt korban született neuronok jóval a neurogenezis hanyatlása után is hozzájárulnak az agy flexibilitásához, állapította meg a Journal of Neuroscience tanulmánya.

Idegtudományok

A krónikus neurológiai Covid-tünetek hátterében álló mechanizmus

Bár a hosszú Covidnak nevezett krónikus tünetegyüttes diszexekutív szindrómával vagy ködös agyműködéssel járhat, az eddigi vizsgálatok nem találtak a tünetek hátterében encephalitist. Amerikai patológusok most megfejtették a mechanizmust, ami legalábbis részben magyarázhatja a neurológiai tüneteket.

Kapcsolódó anyagok

Hírvilág

Az apa-utód kötődéshez testi kontaktus szükséges

Az újszülött utódokkal való fizikai kontaktus hatására az egérapákban új idegsejtek keletkeznek, és tartós emléknyomok keletkeznek az utódról - olvasható a Nature Neuroscience legutóbbi számában.

Hírvilág

Neurojog

Hogyan befolyásolhatják a kognitív idegtudomány legújabb eredményei a jogrendszert?

COVID-19

COVID-19: gasztrointesztinális tünetek

A szerzők szerkesztőségi levél formájában hívják fel a figyelmet arra, hogy a 2019 decembere óta világjárvánnyá lett coronavírus betegség 2019 (COVID-19) okozója, az új coronavirus (SARS-CoV-2) az ismert légzőszervi panaszok mellett gasztrointesztinális tüneteket is okozhat. Enyhe tünetekről van szó: émelygés, hányinger, nem súlyos hasmenés, melyeknek összefüggését a járvánnyal gyakran nem ismerik fel, jóllehet egyértelműen kimutatható a SARS-CoV-jelenléte a tápcsatornából vett biopsziás anyagban éppúgy, mint a székletben. Az emésztőszervi tünetek megelőzhetik a légúti tüneteket. A kezdeti tünetek felismerése nagy jelentőségű, mert lehetővé teszi a fertőzés korai diagnózisát és a beteg izolálását, még a léguti tünetek megjelenése előtt. Jelenleg nem tisztázott fontos szempont a fertőzőképesség megállapítása a gasztrointesztinális COVID-19 eseteiben.