Agyunk idegsejthálózatának pontos leírása ma még elképzelhetetlen nagyságú feladat, azonban már a korai eredmények is rengeteg izgalmat tartogatnak. A Nature Outlook összeállítása nyomán áttekintjük, hol is tartunk jelenleg, és milyen lépések vezettek idáig.
Agyunk idegsejtek hatalmas hálózata – ezt a tényt manapság keveseknek kell bizonygatnunk, azonban ha már a hálózat hozzávetőleges mérete is szóba kerül, kevésbé magabiztosak a válaszok. Nos, ha azt mondjuk, hogy annyi idegsejtünk van, mint égen a csillag, nem is tévedünk nagyot, ugyanis a becsült 100 milliárdos érték nagyjából a Tejútrendszer csillagainak számával van egy nagyságrendben. És akkor még nem beszéltünk a hálózat kapcsolatainak számáról, amely ennél körülbelül tízezerszer nagyobb.
Az agyi kapcsolatrendszer térképét konnektomnak nevezik, és ha megismerése nem is épp az agykutatás szent grálja, azért nagyon komoly előrelépést hozna szinte minden, az agyműködéssel kapcsolatos kutatási területen, a mesterséges intelligenciát is beleértve. Ez még igen távoli cél, egyelőre vegyük sorra, hol is tartunk jelenleg!
Légiforgalom és várostérkép
A kutatások jelentős része az ún. makrokonnektom vizsgálatára korlátozódik: itt a különféle agyterületek – vagyis a hálózat nagyobb részei – közötti kapcsolatokat térképezik fel, jellemzően fMRI-, illetve diffúziós MRI-vizsgálatokra alapozva. A módszer előnye, hogy élő, akár különféle feladatokat végrehajtó emberek agyának működése vizsgálható, viszont itt valóban csak a nagyléptékű kapcsolatok térképezhetők fel, a hálózat mikro(nano)szerkezete nem. Mintha a világ közlekedési kapcsolatainak hálózatából csak a fővárosok közti legforgalmasabb repülőjáratokat látnánk.
Az idegsejtek közti kapcsolatok teljes rendszere, a mikrokonnektom vizsgálata, mondjuk úgy, egészen más tészta. Hogy kicsit képbe kerüljünk, ismerkedjünk meg az első olyan élőlénnyel, amelynek sikerült feltérképezni a teljes idegsejthálózatát: ő a Caenorhabditis elegans nevű apró féreg, melynek testében mindössze 302 idegsejt és nagyjából 7600 szinapszis, vagyis idegsejtek közti kapcsolódás található. Az 1980-as években a Cambridge-i Egyetem kutatói ma nehezen elképzelhető technikai feltételek mellett, egy elektronmikroszkópra szerelt filmes fényképezőgéppel fotózták végig a milliméteres állatka testének leheletvékony szeleteit. A módszer ott működött, de nem volt átvihető kiterjedtebb idegsejthálózatokra, így a nagyobb léptékű projektekkel egészen 2004-ig kellett várni, amikor két német kutató előállt egy általánosabban használható automatizált mikroszkópos rendszerrel.
Homokszemnyi agymunka
Mielőtt azt hinnénk, célba értünk, térjünk vissza a földre: az eddigi egyik legnagyobb publikált konnektom az egér retinájának tizedmilliméter élhosszúságú kockáját dolgozta fel, ami nagyjából 1000 neuront és 250 000 szinapszist jelent.
Célegyenesben van azonban az egéragy látókérgéből vett egy milliméter élhosszú kocka konnektomjának publikálása (kb. 100 000 idegsejttel). Ez nem csak a méret tekintetében jelentős előrelépés, de elviekben is, hiszen ez a hálózat már tartalmazza az aprócska kocka belsejében található idegsejtek helyi kapcsolatainak nagy többségét.
Ez a mérettartomány már számos, önmagában is érdekes irányt lehetővé tesz. Ezek közé tartozik a biológusok egyik kedvenc kísérleti alanya, az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) teljes központi idegrendszerének feltérképezése, de a fejlődésbiológiában népszerű zebrahal, egy polipfaj és az énektanulásával kiemelkedő zebrapinty konnektomjának részleteit is megpróbálják feltárni. Utóbbiak esetében egyrészt az intelligens, de az embertől nagyon idegen élőlény idegrendszeri felépítését, illetve az emberi beszédkészséggel rokon vonások felfedezését várják. Emellett egy hosszúkás, hasábszerű emberi agymintát is ízekre szednek – ezt egy epilepsziás beteg ajánlotta fel a tudomány céljaira, akinek agyműtéttel kezelték a rohamait.
Persze a konnektom feltárása nem adja meg a vizsgált neuronhálózat teljes leírását, hiszen rengeteg minden történhet a sejteken belül. Azonban az ilyen hálózati térképek nagyszerű szolgálatot tesznek a különféle hipotézisek kirostálásában: ha a hipotézist – ahogy ez a C. elegans esetében többször megtörtént – maga a hálózati felépítés magyarázza, nincs szükség további kísérletekre. Ha viszont nem ad rá magyarázatot, az ígéretes kutatási irányokat nyithat meg.
A címlapkép forrása: Flickr/NIH Image Gallery/Susan Schwerin, M. Budde, M. Shindell, J. Munasinghe, S. Juliano, L.G. Cohen, National Institute on Neurological Disorders and Stroke, National Institutes of Health
