Hogyan működik az agy?
„Az agy a test legnehezebben tanulmányozható része — jegyzi meg E. Fuller Torrey, az egyesült államokbeli Nemzeti Elmeegészségügyi Intézet egyik elmegyógyásza. — A nyakunkon lévő »dobozban« hordjuk, ami igen megnehezíti a vizsgálatát.”
A TUDÓSOK mégis azt mondják, hogy már sokat tudnak arról, hogy az agy miként dolgozza fel az öt érzékszervtől érkező információt. Figyeljük meg például, milyen kapcsolatban van az agy a látással.
Az elme „szeme”
A szembe érkező fény eléri a szemgolyó hátsó részében levő retinát, melynek három fontosabb sejtrétege van. A fény eljut az első réteghez. Ebben a rétegben a pálcikának és csapnak nevezett sejtek találhatók: a pálcikák érzékenyek a fényességre, a csapok pedig a különböző hullámhosszú fényre, vagyis a vörös, a zöld és a kék színre. A fény hatására a sejtekben lévő pigment (látóbíbor) színtelenné válik. Az elszíntelenedett sejt továbbítja az ingerületet a második rétegben lévő sejtekhez, majd onnan az utolsó rétegben található többi sejthez. Ezeknek a sejteknek az axonjai köteggé szerveződnek, látóideget képezve.
A látóideg egymilliónál is több idegsejtje eléri a kiazma optikumként ismert, látóideg-kereszteződést. Itt most találkoznak az idegsejtek, melyek mindkét szem retinájának a bal oldaláról szállítják az ingerületet, majd párhuzamos pályát követve, az agy bal oldali részébe haladnak tovább. Ehhez hasonlóan azok az ingerületek is találkoznak, melyek mindkét szem retinájának a jobb oldaláról származnak, majd az agy jobb oldala felé folytatják útjukat. Ezután az impulzusok egy átkapcsoló helyhez érnek a talamuszban, s onnan a következő idegsejtek az agy látókéregként ismert hátsó területére vezetik az ingerületet.
A vizuális információ különböző fajtái párhuzamos pályákon futnak. A kutatók most már tudják, hogy az elsődleges látókéreg egy közeli területtel együtt úgy működik, mint egy postahivatal: csoportosítja, irányítja és összehangolja a sokféle információt, melyet az idegsejtek szállítanak. Egy harmadik terület érzékeli a formákat — például a tárgyak körvonalát — és a mozgást. Egy negyedik terület felismeri mind a formákat, mind a színeket, míg egy ötödik állandóan felfrissíti a vizuális adatok alkotta képeket, hogy követni lehessen a mozgást. Egy jelenleg folyó kutatásból arra következtethetünk, hogy 30 agyterület dolgozza fel a szem által összegyűjtött vizuális információt. De hogyan állnak össze képpé ezek az információk? Igen, hogyan „lát” az elménk?
„Látva” az aggyal
A szem gyűjti össze az agy számára az információt, de kétségkívül a kéreg dolgozza fel az információt, amelyet az agy kap. Ha fényképet készítünk, a kapott képen az egész látvány minden részlete látható. De amikor a szemünkkel figyeljük meg ugyanazt, tudatosan az egész képnek csak egy részére figyelünk, mégpedig arra, amelyre összpontosítunk. Rejtély, hogyan teszi ezt az agy. Néhányan úgy vélik, hogy ez a vizuális információ fokozatos összehangolásának köszönhető az úgynevezett „konvergens zónákban”, ami segít nekünk, hogy összehasonlítsuk azt, amit látunk, azzal, amit már ismerünk. Mások arra utalnak, hogy ha nem látunk valamit, ami a szemünk előtt van, az csupán annak tulajdonítható, hogy a figyelmes látást szabályzó idegsejtek nincsenek ingerületi állapotban.
Bármi legyen is helyzet, a nehézség, amely előtt a tudósok állnak a látás megmagyarázását illetően, eltörpül azokhoz a nehézségekhez képest, melyekkel szembenéznek csupán amiatt, hogy meghatározzák, mit foglal valójában magában a „tudat” és az „elme”. Az olyan vizsgálati módszerek, mint például a mágneses magrezonancia és a pozitronemissziós tomográf új lehetőségeket nyitottak meg a tudósok előtt az emberi agy megismerésében. S annak következtében, hogy gondolkodási folyamatok közben megfigyelték az agy bizonyos területeinek a véráramlását, majdnem bizonyosak abban, hogy a kéreg különböző területei segítenek minket a szavak hallásában, látásában és kimondásában. Ám, ahogy egy író levonta a következtetést: „Az elme és a tudat, mint jelenség sokkal összetettebb . . . mint bárki gondolta volna.” Igen, az agy rejtélyének a nagy része még megfejtésre vár.
Az agy pusztán csodálatos számítógép?
Segíthet az agy bonyolultságának a megértésében, ha összehasonlításokat teszünk. A XVIII. század közepén, az ipari forradalom kezdetén divatossá vált az agyat egy géphez hasonlítani. Később, amikor a telefonközpontok váltak a haladás jelképévé, az emberek egy nagy forgalmat lebonyolító központhoz hasonlították az agyat, melynek van egy kezelője, aki a döntéseket hozza. Most, hogy a számítógépek bonyolult feladatokat végeznek el, néhányan a számítógéphez hasonlítják az agyat. Vajon ez az összehasonlítás teljesen rávilágít arra, hogyan működik az agy?
Már az alapjaiban is lényeges különbség van az agy és a számítógép között. Az agy lényegében véve kémiai, nem pedig elektromos rendszer. Minden sejtben számos kémiai reakció megy végbe, s ez teljesen eltér a számítógép működésétől. Ezenkívül, ahogy dr. Susan Greenfield megjegyzi, „az agyat senki sem programozza be: kezdeményező szerv, spontán módon működik”, nem úgy, mint a számítógép, melyet programozni kell.
Az idegsejtek szövevényes módon tartják egymással a kapcsolatot. Sok idegsejt 1000 vagy még annál is több szinaptikus ingerületre reagál. Hogy megértsük, mit is foglal ez magában, gondoljunk egy neurobiológus kutatására. Szeretett volna rájönni, hogyan ismerjük fel az illatokat, ezért tanulmányozta az agy egyik alsó részét, mely közvetlenül az orr felett és mögött található. Megjegyzi: „Még ehhez a kétségtelenül egyszerű feladathoz is — mely gyerekjátéknak tűnik egy matematikai szabály bizonyításához vagy egy Beethoven vonósnégyes felfogásához képest — körülbelül 6 millió idegsejtre van szükség, melyek mindegyikéhez akár még 10 000 ingerület is érkezhet a társaitól.”
Az agy azonban több mint idegsejtek gyűjteménye. Minden idegsejtre több gliasejt jut. A gliasejtek az agyszövet támasztósejtjei, s emellett elektromosan szigetelik az idegsejteket, harcolnak a fertőzések ellen, valamint egyesülnek, hogy védő vér-agy gátat alkossanak. A kutatók úgy vélik, hogy a gliasejteknek lehetnek még más feladataik is, melyekre eddig nem derült fény. „Bár kézenfekvőnek tűnhet az agy összehasonlítása az ember által készített számítógépekkel, melyek digitális formában dolgozzák fel az elektronikus információt, mégis annyira tökéletlen a párhuzam, hogy már félrevezető” — vonja le a következtetést az Economist című folyóirat.
Ez további rejtély elé állít minket, amelyről beszélnünk kell.
Miből tevődnek össze az emlékek?
Az emlékezés — mely Richard F. Thompson professzor szerint „talán a legrendkívülibb jelenség a természetben” — az agy több eltérő tevékenységét foglalja magában. Az agy legtöbb tanulmányozója kétféle emlékezést különböztet meg: a deklaratív és procedurális emlékezést. A procedurális érinti a jártasságokat és szokásokat, a deklaratív pedig a tények tárolását. A The Brain—A Neuroscience Primer című könyv időtartam alapján osztályozza az emlékezési folyamatokat, s e szerint megkülönböztet: igen rövid távú memóriát, mely körülbelül 0,1 másodperc, rövid távú memóriát, mely néhány másodperc, munkamemóriát, mely felidézi a nemrég szerzett tapasztalatokat és hosszú távú memóriát, mely az ismételt szóbeli információt tárolja, valamint a gyakorlat útján elsajátított mozgást.
A hosszú távú memória — egy lehetséges magyarázat szerint — az agy elülső részében alakul ki. Az információ, amely majd a hosszú távú memóriába kerül, elektromos impulzusként halad az agy hippokampuszként ismert része felé. Itt egy folyamat, melyet tartós potenciációnak hívnak, fokozza az idegsejt hírvivő képességét. (Lásd „A rés áthidalása” című bekeretezett részt.)
Egy másik elmélet az agyhullámok kulcsszerepéről alkotott elképzelésre épül. Az elmélet támogatói szerint az agy elektromos tevékenységének az állandó ritmusai — melyek hasonlítanak a dobpergéshez — segítenek az emlékek összekapcsolásában, és ezek határozzák meg az agysejtek aktiválódásának a pillanatát.
A kutatók úgy vélik, hogy az agy a különböző fajta emlékeket más-más helyen tárolja, s minden fogalom az agynak ahhoz a területéhez kapcsolódik, melynek a felfogására specializálódott. Az agy néhány része minden bizonnyal szerepet játszik az emlékezésben. A mandulamag (amygdala), mely egy kicsiny, mandulaméretű idegsejttömeg az agytörzs közelében, a félelemmel kapcsolatos emlékeket dolgozza fel. A törzsdúcok a viselkedésre és a mozgásszabályozásra összpontosítanak, az agy alsó részén lévő kisagy pedig a már megtanult és gyakorolt mozgásokra és a reflexekre. Azt mondják, hogy itt tároljuk azokat az információkat, melyek az egyensúlyozásban segítenek — például azokat, amelyek szükségesek a kerékpározáshoz.
Mivel ez csak egy rövid bepillantás volt az agy működésébe, nyilvánvalóan nem tudtunk részletezni más figyelemre méltó funkciókat, például az agy időzítő képességét, nyelvtanulási készségét, bonyolult akaratlagos mozgatótevékenységét, azt, ahogy a test idegrendszerét és létfontosságú szerveit szabályozza, valamint ahogy megbirkózik a fájdalommal. Ezenkívül még mindig kutatások folynak a hírvivő vegyületekkel kapcsolatban, melyek az immunrendszerrel tartják az összeköttetést. Az agy „annyira hihetetlenül összetett, hogy az ember azon töpreng, van-e rá remény, hogy valaha is megfejtjük minden titkát” — jegyzi meg David Felten idegtudós.
Bár az agy sok rejtélyére egyelőre nem tudtunk még fényt deríteni, ez a figyelemre méltó szerv felruház minket a gondolkodás, az elmélkedés és a már megtanult dolgok felidézésének a képességével. De hogyan tudjuk a lehető legjobban kihasználni az agyunkat? A cikksorozat befejező része megadja a választ erre a kérdésre.
[Kiemelt rész/képek a 8. oldalon]
A RÉS ÁTHIDALÁSA
Amikor az idegsejt ingerületi állapotba kerül, egy idegimpulzus halad végig az idegsejt axonja mentén. Elérve a szinaptikus végbunkót (végtalpacska), előidézi, hogy a talpacskában lévő kis hólyagocskák (szinaptikus hólyagocskák) — melyek több ezer neurotranszmitter molekulát tartalmaznak — összeolvadjanak a talpacska membránjával, és a hólyagocskák „szállítmánya” elinduljon a szinapszison át.
Kulcsok és zárak bonyolult rendszerén át a neurotranszmitterek nyitják és zárják a következő idegsejt ingerületátvevő részét. Ennek következtében elektromosan töltött részecskék áramlanak a célidegsejtbe, és további kémiai változást idéznek elő, amely vagy elektromos impulzust indít el, vagy pedig akadályozza a további elektromos tevékenységet az idegsejtben.
Tartós potenciációnak nevezett jelenség megy végbe, amikor az idegsejteket sorozatosan inger éri, és több neurotranszmittert bocsátanak ki a szinapszison át. Néhány kutató úgy véli, hogy ez erősíti az idegsejtek egymás közötti kapcsolatát. Mások azt állítják, hogy bizonyítékok vannak rá, hogy a fogadó idegsejttől az üzenet visszatér az átadó idegsejthez. Ez pedig olyan kémiai változásokat idéz elő, melyek hatására még több fehérje válik ingerületátvivő anyaggá. Ezek később erősítik a kapcsolatot az idegsejtek között.
Változó kapcsolatai és az alkalmazkodóképessége miatt született meg az agyról ez a mondás: „Használd, különben berozsdásodik.” Ezért jó, ha gyakran felidézzük azt, amire emlékezni szeretnénk.
Az idegsejt nyúlványainak két fő fajtájuk van: az axon és a dendrit
Axon
Ingerületvezető rost, mely más idegsejtekkel áll kapcsolatban
Dendritek
Rövid, sokágú nyúlványok, melyek más idegsejtekhez kapcsolódnak
Neuronok
Idegsejtek. Az agyban körülbelül 10-100 milliárd neuron van, „s mindegyik több száz vagy olykor több ezer más sejttel van kapcsolatban”
Neurotranszmitterek
Kémiai anyagok, melyek átviszik az ingerületet a szinaptikus résen, ami az átadó idegsejt, vagyis neuron és az átvevő idegsejt között van
Szinapszis
Rés az átadó és átvevő neuron vagy ideg között
[Forrásjelzés]
A Susan A. Greenfield professzor által írt The Human Mind Explained (1996) című könyv alapján
CNRI/Science Photo Library/PR
[Kiemelt rész/képek a 9. oldalon]
AZ EMBERRE JELLEMZŐ KÉPESSÉGEK
Az agy speciális területei — melyek beszédközpontokként (nyelvi központ) ismertek — látják el az embert a kommunikáció figyelemre méltó képességével. Úgy tűnik, hogy azt, amit mondani szeretnénk, a bal agyfélteke Wernicke-mezőként (1) ismert területe hangolja össze. Ez összeköttetésben áll a nyelvtani szabályokat alkalmazó Broca-mezővel (2). Ezután az impulzusok az arcizmokat szabályozó közeli mozgatóterületekhez érnek, és segítenek a megfelelő szavak képzésében. Továbbá ezek a területek tartják a kapcsolatot az agy látórendszerével, hogy olvasni tudjunk, a hallórendszerével, hogy halljunk, értsünk és válaszoljunk arra, amit mások mondanak nekünk, és végül, de nem utolsósorban a memóriabankkal, hogy hasznos gondolatokat tudjunk tárolni. „Valójában az a képesség különbözteti meg az embereket az állatoktól, hogy bámulatosan sokféle jártasságot, tényt és szabályt tudnak elsajátítani. Ismeretet tudunk befogadni nemcsak a világban körülöttünk lévő anyagi dolgokkal, hanem más emberekkel kapcsolatban is, és arról, hogy mi az emberek tetteinek a mozgatórugója” — jegyzi meg a Journey to the Centres of the Brain című ismertető.
[Képek a 7. oldalon]
Az agy különböző területei dolgozzák fel a színekről, formákról, tárgyak körvonaláról, alakokról jövő információkat, valamint nyomon követik a mozgást
[Forrásjelzés]
Parks Canada/J. N. Flynn