Noha az agykéreg a magasabb rendű agyműködés fő színhelye, hatékony működéséhez elengedhetetlen, hogy a bemenő információi előszűrésen essenek át. A kéreg felé tartó ingerületek fő átkapcsoló központja a talamusz, amely így fontos szerepet játszik számos kognitív funkciókban, így a szelektív figyelemben is. A Természettudományi Kutatóközpont Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézetében működő Alvási Oszcillációk Kutatócsoport munkatársai azt vizsgálják a Nemzeti Agykutatási Program 2.0 keretében, hogy maga az agykéreg milyen visszacsatolást küld a talamusz felé, amellyel szabályozza az utóbbi előszűrő aktivitását.

Az alvó agy működéséről készített elektroenkefalogrammon (EEG-n) különféle agyi ritmusok, oszcillációk különíthetők el, amelyek az idegsejtek szinkronizált elektromos kisülésének következményei. Ahogy egyre mélyebben alszunk, a II-es fázisban megjelennek az EEG-n az alvási orsóknak nevezett oszcillációk.

„Az alvási orsók 10 és 15 Hz közötti frekvenciájú oszcillációcsomagocskák, amelyek leggyakrabban a felszínes alvás során jelennek meg, de igazából nem tudjuk, hogy mi a funkciójuk – mondja Barthó Péter, az Alvási Oszcillációk Kutatócsoport vezetője. – Annyi biztos, hogy szerepet játszanak a memórianyomok rögzülésében, bár erre csak korrelatív humán kísérletekből következtethetünk. Tanulási feladatok után ugyanis megnő az alvási orsók gyakorisága, és a növekedés mértéke korrelál a tanulás sikerességével.”

Fényérzékeny fehérjét (channelrhodopsin) kifejező egéragy metszete (balra). Stimuláció hatására (jobbra) a felszínes alvásban gyakori alvási orsók eltűnnek, és mély alvásra jellemző delta hullámoknak adják át helyüket.

De hogyan függenek össze az alvási orsók a talamusszal? Nos, a talamusz az agykéreg kapujaként is értelmezhető, hiszen a kéreg felé tartó minden információ áthalad a talamuszon, és az agykéreg minden területe kap bemenetet a talamuszból. Olyannyira fontos e kapcsolat a működés szempontjából, hogy ha a talamusz egy adott területe nem működik tovább (például agyi infarktus következtében), akkor a hozzá kapcsolódó agyterület is elveszíti a funkcióját. A kapcsolat kétirányú, hiszen az agykéregből is indulnak erős visszacsatoló pályák a talamuszba.

Ezen úgynevezett talamokortikális kör aktivitása hozza létre az alvási oszcillációkat, például az alvási orsókat is. A feltételezés szerint az agykéreg módosítja a talamusz működését, ezáltal közvetetten szabályozza, hogy mely információk jussanak el hozzá az érzékszervekből, illetve a központi idegrendszer egyéb elemeiből. A kutatócsoport már négy éve vizsgálja az agykéregből a talamuszba tartó visszacsatoló pályát. E serkentőpálya jellegzetességei, noha meglehetősen komoly forgalmat bonyolít le, alig ismertek.

A kutatócsoport a kísérleteket egy specifikus egértörzsön végzi, amelynek neuronjait optogenetikai módszerrel, fénnyel lehet ki-be kapcsolni. Ezen egereket géntechnológia eljárással olyanná alakították, hogy a kéregből a talamuszba visszavetítő pálya idegsejtjei fejezik ki a fénnyel aktiválható fehérjét, így e pálya működését lehet szelektíven befolyásolni. A fő kérdés, hogy e pálya működési mintázata hogyan módosítja az alvási ritmusokat.

„Eredményeink szerint a kérgi visszacsatoló pálya működése különféle alvás-ébrenléti állapotokat képes kiváltani. Vagyis a pálya aktivitási mintázatától függően a hálózat felszínes vagy mély alvási, illetve ébrenlétre jellemző állapotba kerülhet – folytatja a kutatócsoport-vezető.

Továbbra is fennáll a kérdés, hogy mi lehet ennek az aktivitásnak a funkciója. Azt tudott, hogy az agyban vannak úgynevezett modulátorpályák (pl acetil-kolin, vagy norandrenalin neurotranszmitterrel közvetített), amelyek az agytörzsből indulnak ki, és az agy általános állapotát (alvás vagy ébrenlét) határozzák meg. A kutatók arra következtetnek, hogy a kérgi visszacsatoló pálya ugyanígy a működési állapotot szabályozza, vagyis modulátorként működik, de hatása sokkal lokalizáltabb az agytörzsi modulátorokénál. Vagyis egy jól meghatározott talamokortikális kör állapotát változtatja meg, aminek nemcsak az alvásban lehet jelentős szerepe, de az ébrenlét közbeni szelektív figyelemben is.

Agykérgi visszacsatoló pálya ritmikus aktivációjával kiváltott epilepsziás roham, különböző agyterületekből mérve.

A kutatás során teljesen véletlenül azt is felfedezték, hogy a kérgi visszacsatolás nemcsak az alvási állapot kialakításában fontos, de az epilepsziában is. A 8 hertzes aktiválási mintázattól ugyanis az állat tónusos-klónusos epilepsziás rohamot kapott, pedig előtte nem mutatta a betegség semmilyen jelét. A kutatócsoport a közeljövőben valószínűleg a pálya epilepsziában betöltött esetleges szerepének kutatása felé fog elmozdulni.

„Tehát van egy teljesen egészséges állatunk, és ha nála 20 másodpercig ingereljük ezt a kortikotalamikus pályát a megfelelő mintázattal, mégis epilepsziás rohamot él át. A hatás pedig szinte bármikor megismételhető – mondja Barthó Péter. – Valószínűleg ennek hátterében az áll, hogy az állatban létrejövő epilepsziás fókusz aktivitását ez a pálya továbbítja az agykéreg más területeire, illetve a hippokampuszba. Ezt a jelenséget még senki sem írta le. Bár már mások is feltételezték, hogy a talamusznak lehet szerepe az epilepsziában, de ilyen modell jelenleg még nem létezik.”