Szenzomotoros Kutató Laboratórium

A tanulási képesség életkortól, míg a felidézés és az alkalmazás képessége egyéni adottságtól függ – állapították meg a Nemzeti Agykutatási Program támogatásával működő SZTE ÁOK Élettani Intézet Szenzomotoros Kutató Laboratóriumának munkatársai. A csoport vezetőjével, Nagy Attila egyetemi docenssel beszélgetve azt is megtudtuk: a migrén a kognitív képességeket is jelentősen rontó változást okoz az agyban.

– A Szegedi Tudományegyetem patinás Dóm téri épületében dolgoznak az SZTE Általános Orvostudományi Kar Élettani Intézetének munkatársai. A kutatóhely bejárati ajtaján az olvasható, hogy itt a „Vizuális laboratórium” működik. Mi az ellentmondás magyarázata?

– Szép hagyományra utal a fölirat: 3-4 évtizede Benedek György professzor úr alapította a látással, a vizuális élettannal foglalkozó kutatócsoportot. Ám nyugdíjazását követően, Németországból hazatérve én vehettem át a labor irányítását. Új nevünk, az SZTE ÁOK Élettani Intézet Szenzomotoros Kutató Laboratórium, kifejezi, hogy kutatási tevékenységünk bővült a kezdetek óta. Jelenleg két posztdoktor, öt PhD-hallgató, egy részmunkaidős asszisztens, hat szakdolgozó és tudományos diákkörös hallgató dolgozik a csapatban, de kapcsolatrendszerünk kiterjedt: a Szegedi Tudományegyetemen belül a klinikáktól kezdve az SZTE Bölcsészettudományi Karának Neveléstudományi Intézetéig terjed. Kutatócsoportunk ugyanis az interdiszciplinaritásra, minél többféle nézőpont bevonására törekszik. Ezt jól jelzi egy lengyel matematikus és bioinformatikus kutatócsoporttal meglevő, több évtizede tartó együttműködés is.

Fókuszban az állati és az emberi agy

– Az agyműködésnek a szenzoros, azaz nem csak a vizuális, hanem az auditorikus, vagyis a halláson alapuló, illetve a testérzékeléssel összefüggő motoros folyamatokkal való kapcsolatát kutatják. Mi a központi, a Nemzeti Agykutatási Programhoz is kötődő témája az SZTE ÁOK Élettani Intézet Szenzomotoros Kutató Laboratóriumának?

– Az agykéreg alatti, mélyagyi struktúrákra, a törzsdúcokra fókuszálunk. A törzsdúcoknak nevezett, öt magcsoport alkotta rendszernek a funkciója sokrétű, mert különböző – az érzékeléshez, azaz szenzoros, és a mozgáshoz kapcsolódó, azaz motoros, illetve kognitív, vagyis a gondolkodáson alapuló – feladatokat lát el. A törzsdúcok szerepének érdekessége, hogy a motoros szabályozásban szereplő magoknak szükségük van a szenzoros információkra is, hogy megfelelően működhessenek. A kognitív funkciókban való részvételük miatt a tanulási folyamatok és azok fejlődése is jelentősen érinti a törzsdúc rendszert. Így, azaz a törzsdúc rendszer fókuszba helyezésén keresztül kapcsolódik kutatócsoportunk „ősi” témája a Nemzeti Agykutatási Program által is támogatott új irányokhoz. Az agy e különleges szerepű részének a működését az állatmodellekben és az emberben is vizsgáljuk. A 2013 decemberében indult és 2017 novemberében záruló NAP-pályázatunk három pillére: a házimacska és majom állatmodellekben a törzsdúcok szenzomotoros működésének vizsgálata, míg a humán vonalon a bazális ganglionokhoz köthető szenzorosan irányított tanulási folyamatok vizsgálata egészséges és migrénes személyekben.

– Meddig terjed a hasonlóság az állati és az emberi agy között?

– Az emlősökagyának közös jellemzője, hogy a külső agykéreg alatti fehérállományon belül három jelentős idegsejt-csoport – a hippokampusz, az amygdala komplex és a törzsdúcok rendszere – különíthető el.

– Ezek közül az idegsejt-csoportok közül miért éppen a törzsdúc rendszerre koncentrálnak a kutatásaik?

– Mert nagyon érdekes a törzsdúc rendszer szerepe: szinte „agy az agyban”. A törzsdúcok rendszere ugyanis – bár nem olyan pontosan, mint az agykéreg, de – szinte „mindent tud”, azaz szerepe van a kognitív funkcióktól kezdve a motoros szabályozás és tanulás különböző formáin át az érzelmek szabályozásáig, sőt: a memóriáig. E rendszer az, amely például „tönkre megy” a Parkinson-kórban szenvedő pacienseknél. E törzsdúc rendszer romlásával együtt jár a mozgásbeli koordinációs zavar és az elbutulás is.

– Ugyanolyan módszerrel vizsgálható az emlősállatok és az ember agyának a működése?

– A vizsgálatok jellege természetesen eltérő: míg az éber, viselkedő állatmodelljeinkben beültetett mikroelektródák segítségével sejtes szinten vizsgálhatjuk a törzsdúcok működését, addig az embernél a fejbőrre helyezett EEG elektródákkal és párhuzamosan pszichofizikai módszereket alkalmazva vizsgáljuk az agy működését.

– Mi a munkamegosztás a törzsdúc rendszeren belül?

– A törzsdúc rendszer egyik magja kapja a bemeneteket az agykéreg és a talamusz irányából. Van olyan mag, amely átkapcsoló állomásként működik, míg két magrész az információt juttatja ki a törzsdúc rendszerből a talamuszon át az agykéregbe, vagy a leszálló információk révén befolyásolja a középagy működését. Kutatásaink középpontjában a bemeneti képletek állnak, amelyek fogadják az agykéregből és a talamuszból érkező bemeneti információt. Állatkísérleteinkben a nucleus caudatus – magyarul a „farkas mag” – idegsejtjeit vizsgáljuk behatóbban. Az idegsejtek és a köztük lévő kapcsolatoknak az elemzésével arra a kérdésre keressük a választ, hogy ezen idegsejtek hogyan vesznek részt a különböző szenzoros folyamatok szabályozásában, illetve a szenzoros információ miként hat a lokális idegsejt-hálózatok működésére.

A tanulás különbözik a felidézés és az alkalmazás folyamatától

– E kérdéskörön belül a laboratóriumuk a humán vizsgálatokban ért el szép eredményt: 2017-ben két jelentős közleményben számoltak be a szakmának…

– Legutóbb a PLOS One-ban fogadták el nagy mintán végzett, a maga nemében egyedülálló tanulmányunkat az emberi szerzett ekvivalencia – vagyis a párosítás – tanulás és a transzfer – az alkalmazás – fejlődéséről, az óvodáskortól a felnőttkorig. E közleményünk sikerében kiemelt szerepe van annak, hogy cikkünknek az SZTE Bölcsészettudományi Karának Neveléstudományi Intézetéből is van társszerzője: Dr. Kasik László az egészen kis gyerekek kognitív képességeinek mérésében segédkezett. Szintén külső munkatársként, de jelentős szellemi tőkével járul hozzá humán kutatásainkhoz Dr. Braunitzer Gábor, aki intézetünk PhD-hallgatója volt, de együttműködésünk azóta is töretlen.

– Tehát az SZTE ÁOK Élettani Intézet Szenzomotoros Kutató Laboratóriuma humán kutatócsoportjának legutóbbi eredménye is a törzsdúcokhoz köthető, mert vizuálisan irányított tanulási folyamatokról szereztek új információkat?

– Rájöttünk: a tanulás, illetve a megtanult információ alkalmazása másképpen fejlődik az egészséges emberekben. Ez logikusnak tűnhet, ugyanis amikor tanulok valamit, akkor más agyi struktúrákhoz köthető agyi funkciókat vizsgálhatunk, mint mikor föl akarom idézni a tanultakat, vagy alkalmazni akarom a megtanult szabályt az addig ismeretlen dolgokra.

– Hogyan vizsgálódtak?

– Nehézséget az okoz, hogy emberek esetében egysejt-szinten nem vizsgálódhatunk, ugyanis a képalkotó eljárások és az elektroenkefalogram (EEG) ennél jóval gyengébb térbeli felbontással dolgoznak. Mégis próbálunk a humán agyműködésre is koncentrálni, ráadásul olyan betegségekre is – a Parkinson-kóron kívüli egyéb problémákra – fókuszálva, amelyekben érintett a törzsdúc rendszer. A vizsgálódásunk alapja az az irodalmi adat lett, hogy a párosítás tanulásánál a törzsdúcok szerepet kapnak. Ez egy alapvető funkció, hiszen az emberiségnek az evolúció során meg kellett tanulnia, hogy például a piros bogyó ehető, a zöld mérgező, és így tovább. Végül végtelenül egyszerű, de emiatt is nagyszerű paradigmával dolgoztunk. Az egyik amerikai kutatócsoport által kifejlesztett és publikált módszer – természetesen a felelős szerző írásbeli engedélyével – továbbfejlesztett és magyarított változatát alkalmaztunk. Egyszerűen rajzolt, különböző arcokat vetítettünk egy képernyőre, amelyekhez különböző színű halakat kellett társítania a vizsgálatra vállalkozó személynek. Azt vizsgáltuk, hogy a szükséges párosításokat milyen hatékonyan tanulják meg résztvevőink, miközben visszajelzést kapnak a válaszuk helyességéről, illetve: már visszajelzés nélkül milyen hatékonyan idézik fel a megtanultakat, majd miként alkalmazzák a megtanult szabályokat. Az így megtanult szabály alkalmazásának helyességét úgy mértük, hogy a tesz-sorozat közben véletlenszerűen – a generalizáció fázisában – bemutattuk azokat a párokat is, amelyeket nem látott korábban, de ha a szabályt megtanulta, a helyes választ sikeresen ki tudta következtetni. Mivel a tanulási folyamatban a felidézés és a generalizálás fázisa főként hippokampális funkció, e teszttel a törzsdúcok és a hippokampusz működése párhuzamosan vizsgálható egy szenzorosan, jelen esetben vizuálisan irányított tanulási paradigmában. A módszerrel kapcsolatos egyik újításunk, hogy újabb párokat és sokkal több ismétlést építettünk a tesztfolyamatba, így pontosabban tudtuk mérni a generalizáció fázisát érintő teljesítményt is.

– Milyen következtetésekkel lepték meg a szakmát?

– A párosítás tanulási folyamata, esetünkben az, hogy melyik emberi archoz milyen színű hal tartozik, végtelenül egyszerű folyamat, ám a felidézés és a következtetés fázisa jóval bonyolultabb. Kimutattuk: a korábban elsajátított szabály addig ismeretlen helyzetben való alkalmazása, az ekvivalenciatranszfer komplexnek tűnik, mégis nagy hatékonysággal működik már a korai gyermekkorban is, ellentétben az egyszerű szabálytanulással, ami még jó ideig fejlődik. Ez azért meglepő, mert úgy gondolnánk, hogy az egyszerűre épül a bonyolultabb folyamat. Eredményeink alapján azonban úgy tűnik, hogy ez nem mindig van így! A pártanulás a növekedéssel együtt fejlődik: iskolás korra áll be egy szintre, ami az életkor előre haladtával már nem változik. Ellenben a generalizációban, tehát a megtanult szabályok alkalmazásánál nem ez a helyzet, mert teljesen egyén függő: egyesek nagyon jól tudnak felidézni és generalizálnak, mások nem képesek a helyes következtetésekre. Ez egyben arra is újabb bizonyíték, hogy egyes központi idegrendszeri területek jóval előbb fejlettek és funkciókészebbek, mint mások.

– Ez a teszt az intelligenciát is mérte?

– Nem, azt nem lehet ezzel vizsgálni. A felnőtt mintánk alanyait iskolai végzettség szerint is csoportosítottuk, de a tanulási, a felidézés és a generalizálás fázisában mutatott teljesítmények nem különböznek az iskolai végzettség szerint. Mintegy 150 gyermeknél elvégeztük az intelligencia mérését is, de itt sem találunk jelentős összefüggést az intelligencia és a teljesítmények között. Ebből azt gondoljuk, hogy az emberek velük született képességeik alapján is különböznek: van, aki nagyon jól, más pedig kevésbé képes alkalmazni a megtanult szabályokat. A teszt nehézségi fokát az is jól mutatja, hogy a feladatot például a Parkison-kóros betegek és enyhe szellemi fogyatékosok is meg tudják oldani.

A migrén pusztító hatása

– Tehát vizsgálódásuk célja az volt, hogy az állatkísérletekből ismert struktúrákhoz milyen gondolkodást igénylő, azaz kognitív folyamatok kapcsolhatóak az emberi agyban. Hány embert vizsgáltak az amerikaiból magyarított módszerükkel?

– Az egészséges emberekből álló mintánk, amiből a migrénes betegekhez is válogattuk a korban, nemben és iskolai végzettségben illesztett kontrolcsoportot igen nagy: több mint háromszáz személyt érintett, ráadásul széles életkor tartományban: 4-től 70 éves korig. A migrénes csoport jóval kisebb, mintegy 40 személyből állt.

– A fejfájáskutatás vezető lapjában, a Cephalalgiában megjelent közleményük szerint hogyan befolyásolja a migrén a kognitív, azaz a megismerő funkciókat?

– Összehasonlítottuk mind a tanulás, mind a felidézés, mind a generalizáció képességét.

A migrénnel kapcsolatosan ismert adat, hogy a hippokampusz erősen károsodik a kóros fejfájós pácienseknél. Tanulmányunk legértékesebb része az, hogy nekünk sikerült először kimutatnunk, hogy a migrén során a törzsdúcok rendszeréhez kapcsolódó funkcionális változások is történnek. Megállapítottuk: a régóta migrénes páciens az egyszerű tanulási folyamatban is gyengébben teljesít. Ennek oka lehet, hogy a migrén hatására visszafordíthatatlan folyamatok indulhatnak el az agyban, bizonyos idegpályák tönkremehetnek. Eredményeink összecsengenek más kutatócsoportok eredményeivel. Képalkotó eljárásokkal végzett elemzéseik szerint a migrénes betegeknél a „hippokampusz – agykéreg és a – törzsdúc-agykéreg” összeköttetések jelentősen redukálódnak: az agy fehérállománya „összemegy”, ami előre vetíti az érintett páciens agyműködésében az általunk kimutatott funkcionális probléma kialakulását.

– Hogyan folytatják kutatásaikat?

– A humán kutatásaink lehetséges folytatása azon is múlik, hogy – mivel a NAP projektünk idén év végével lejár – tudunk-e pályázati pénzt szerezni az elkövetkező évekre. Mivel nem teljesen egyértelmű, hogy a migrén, illetve az alkalmazott terápia mennyiben járul hozzá a kognitív funkciók romlásához, a migrén különböző gyógyszeres kezeléseinek vizsgálata irányába folytatnunk kell megkezdett kutatásinkat. Emellett migrénes gyerekek bevonását is tervezzük a vizsgálatainkba. A törzsdúcokat is érintő pszichiátriai betegségek felé ugyancsak tervezünk nyitni. A kényszerbetegséggel, a kiszámíthatatlanul viselkedő borderline személyiségzavarral küzdőkkel és a Tourette-szindrómás betegekkel is szeretnénk bővíteni a kutatási palettánkat. E vonalon egy országos gyerekpszichiátriai központtal indítunk el közös vizsgálat-sorozatot. A tanulási folyamattal kapcsolatos kutatásainkat úgy is folytatjuk, hogy az auditorikus ingerek, azaz a hangok tanulását, illetve a multiszenzoros tanulást, vagyis a hang és kép kapcsolatát is vizsgáljuk. Azt tervezzük, hogy miközben az adott tesztet végzi majd a vizsgálatban részt vevő személy, nagy felbontású EEG-felvételeket készítünk, így – miközben a mély agyi struktúrák dolgoznak – mérnénk a kérgi agyterületeken a változásokat, vagyis megfigyelnénk, hogy mely agykérgi területek és hogyan aktiválódnak a folyamat során. Az elnyert támogatásokat és forrásokat a lehető leghatékonyabban úgy igyekszünk hasznosítani, hogy egyszerű, de lényeges kérdésekre próbálunk választ keresni. Meggyőződésünk ugyanis, hogy a kisebb kutatócsoportok nemzetközi szaksajtóban is elismert munkája is öregbítheti az SZTE hírnevét.

info: SZTEinfo – szöveg és fotó: Újszászi Ilona