Csodák Palotája előadás

Mennyire önfejű az agy? Miről beszélgetnek az idegsejtek? – A Csodák Palotája előadásán jártunk

 „Az agy az evolúció csúcsterméke” – mondta Orbán Gergő, a Wigner Fizikai Kutatóintézet tudósa. A Csodák Palotája által szervezett, „Önfejű agy / Miről beszélgetnek az idegsejtek?” című előadás során számtalan kérdést feszegettünk a fizika, a filozófia és az idegtudomány határán. „Az agy ugyanúgy a világegyetem egyik nagy kérdése, mint az ősrobbanás, de megfogható, kísérletezhetünk vele” – mesélte Somogyvári Zoltán, aki szintén a Wigner agykutatással foglalkozó fizikusa, s érdeklődésével nincs egyedül. Tudósításunk.

Sokunkat izgatnak az aggyal kapcsolatos kérdések. Az általunk észlelt világ vajon ugyanaz-e, mint a „valódi” világ? Hogyan dolgozik „értünk” az agy? Hogyan képes az idegsejtek kuszának tűnő hálózata ellátni különböző feladatokat, mint például felismerni az ismerőseinket vagy tájékozódni? Vagy hogy lehetségesek olyan technológiai csodák, mint egy lebénult ember mozgásképessé tétele? A Wigner Cafe sorozat előadásában ilyen kérdésekre kerestünk választ.

Az agy elé állított kihívás nagyjából abban áll, hogy a környezetünkből – egy bonyolult, összetett környezetből – érkező jelek alapján megfelelő viselkedést generáljon. Vagyis, hogy az érzékelés információit felhasználva hozzon döntéseket. Ahhoz, hogy ez optimálisan működjön, hogy jó döntéseket hozzunk, hiteles érzékelésre van szükségünk. Mit tudhatunk meg az agyról az alapján, hogy hogyan érzékeli a környezetünket? Orbán Gergő előadásában többek között ezekről beszélt.

Például az alábbi kép bal oldalára tekintve az emberek többsége egy kislányt lát vöröses fényben, akinek valószínűleg a legfeltűnőbb tulajdonsága a nagy, kék szeme. Ha elképzeljük ugyanezt a kislányt a vörös fény nélkül, akkor a kép jobb oldalán található látványra számítunk. A legtöbben meggyőződéssel állítanánk, hogy ez a kislány bizony kék szemű. Ha azonban megnézzük a bal oldalon látható szemszínt, látni fogjuk, hogy valójában szürke. Látható tehát, hogy még egy olyan egyszerű kérdésben sem voltunk képesek helyes döntést hozni, hogy milyen szín látható a képen. Hihetünk-e az agyunknak egyáltalán?

Kislány, piros filterrel a bal oldalon, filter nélkül a jobb oldalon
A kép két oldalán ugyanazt a kék árnyalatot látjuk – becsap minket az agyunk?

Sőt, ha az alábbi két képre tekintünk, a nyíllal megjelölt kis négyzeteket az egyik képen sárgának, a másikon kéknek fogjuk látni, viszonylag nagy magabiztossággal – pedig valójában mindkét képen ugyanaz a szürke árnyalat szerepel. Ráadásul ahhoz, hogy ezt a két szűrőt létrehozzuk az agy becsapásához, nincs szükség bonyolult számításokra, csupán általános iskolás szintű algebrára. Ebből (amellett, hogy rendkívül egyszerű átverni az érzékelésünket) arra következtethetünk, hogy az agy által elkövetett tévedések nem véletlenek. Az agyunk mintegy „szándékosan csap be” minket. Miért?

Színes kocka kék és sárga filterrel
A nyíllal jelölt négyzetek pontosan ugyanolyan árnyalatúak – miért látjuk mégis teljesen másnak?

Az információ, melyet ki tudunk nyerni a környezetünkből, hiányos. Egy kétdimenziós képet látunk egy egyébként háromdimenziós világról. Ez alapján a szegényes információ alapján próbálja az agyunk rekonstruálni a valóságot. Ennek oka érthetőbbé válik, ha megfigyeljük a következő kísérletben tapasztalható „helyreállítási munkálatokat”. Ha ránézünk erre a képre, két egyforma hosszúságú vonalat látunk:

két egyforma hosszú vonal

Ha azonban több információt adunk ugyanehhez a két vonalhoz, mint ahogy itt is látható, akkor már kevésbé vagyunk magabiztosak.

A két rúd különböző méretűnek látszik a sínpár-szerű vonalak miatt

Az itt látható vonalak hasonlatosak a mindennapjainkban tapasztalt perspektivikus torzításhoz – vagyis ahhoz, hogy két párhuzamos, a távolba futó vonal (például egy sínpár) egymáshoz közeledni látszik. Tehát az agy által elkövetett „becsapás” a környezetünkben megszokott szabályszerűségeken alapszik. Hiányos információk alapján, a korábban tapasztaltak szerint próbál egy modellt létrehozni a külvilágról véletlenszerűen – magyarázta Orbán Gergő.

Visszatérve a korábban látott kék/szürke szemű kislányra, az agyunk előtt két lehetséges út, két lehetséges hipotézis áll. Az egyik, hogy feltételezzük, hogy a kék szemű kislány vörös fényben áll, vagy valamiféle szűrőn keresztül látjuk. A másik magyarázat, mely lefedné a látottakat az az, hogy egy szürke szemű kislány előtt valamiféle maszk van, ami pont a két szemnél lyukas. A tapasztalataink alapján ez utóbbi megoldás ritkán történik meg, az agyunk az előbbi hipotézist ítéli helyesnek.

Orbán Gergő
Orbán Gergő arról beszélt, miért és hogyan csap be minket az agyunk.

A neuronok szintjén hogyan történik mindez? Ha megnézzük, hogy mik azok a válaszmintázatok („neurális szavak”), melyeket az idegsejtek adnak az egyes ingerekre, igen meglepő eredményre jutunk. Egy olyan kísérletben, ahol megnézzük a reakciót abban az esetben, amikor ér minket vizuális információ, illetve amikor nem, a neurális szavak gyakorisága döbbenetes módon nem tér el egymástól. Habár Orbán Gergő a Mindset Pszichológia újságírójának kérdésére kifejtette, hogy az előbbi esetben sok látott kép során tapasztalt mintázat átlagolásáról van szó, nem egyetlen képre adott többszöri válaszra – az eredmény továbbra is megdöbbentő. Tehát az idegsejtek mintázata nem más sötétben, mint mikor látunk valamit. Ez is arra enged következtetni, hogy az agy belső modellekkel dolgozik.

Somogyvári Zoltán ezután pedig arról beszélt, hogy a kollégája által elmondott, magasabb szintű műveletek az idegsejtek szintjén hogyan jelennek meg. Az erről való tudásunk kevésbé kiforrott – mondta el a Wigner Fizikai Kutatóintézet tudósa. Habár az idegrendszeri elektromosság felfedezése egybeesik az elektromosság felfedezésével (Galvani és a békacombok története ismerős lehet középiskolából), mégis sokáig kellett várni a ma is használatos EEG (elektroenkefalográfia) megjelenéséig. Érdekesség, hogy Hans Berg, a felfedezője valójában a telepátiát akarta kutatni – s mintegy véletlenül rájött az agyhullámok létezésére.

Somogyvári Zoltán
Somogyvári Zoltán előadása arról, hogy miről és hogyan beszélgetnek az idegsejtek.

Az idegrendszer, az agy egy rendkívül bonyolult szerkezet. Egyetlen idegsejtnek akár ötszázezer másik sejttel is lehet összeköttetése – így egy borzasztóan összetett hálózat megfejtésére vállalkoznak az agykutatók. A modern számítógépek sebessége hét nagyságrenddel nagyobb, mint a neuronjainké. Hogy lehetséges egyáltalán az, hogy a számítógépek nem köröznek le minket minden feladatban? A magyarázat pontosan a kapcsolatok számában rejlik. Az idegrendszerrel szemben, a számítógépben egy tranzisztor átlagosan két másikkal áll csupán kapcsolatban. Az agy ereje tehát a kapcsolatokban van. Az, hogy egy elektromos válasz kiváltódik-e egy idegsejten, számtalan szomszédja pici döntéseinek összegződésén múlik. Ezekből a pici impulzusokból tevődik össze minden, amit emberi gondolkodásnak hívunk. Felveti ez az izgalmas kérdést, hogy az idegsejtek működéséből vajon lehet-e „gondolatot olvasni”? A mérési módszereink jelenleg nem elég érzékenyek ehhez – vagy egyetlen idegsejt különálló működését tudjuk mérni, amivel nem kapunk egy holisztikus képet az idegrendszer működéséről; vagy, például EEG-vel, sok millió idegsejt összeátlagolt működését.

A jelenlegi leghatékonyabb mérési mód a mikroelektróda-rendszer használata, mely lehetővé teszi egy pici területről származó jelek pontos elemzését. Láthatóvá válik több szomszédos idegsejt egyéni impulzusainak követése. S ha különböző típusú ingereknek tesszük ki a vizsgált élőlényt, megfigyelhetjük, hogy melyik idegsejt melyik „témához” szeret „hozzászólni”. Ezzel a módszerrel térképezték fel például azt, hogy a látványból az agy melyik területe melyik részleteket dolgozza fel, a pixelszerű feldolgozástól kezdve a komplex, élethelyzethez köthető emlékekig vagy koncepciókig. Például egyes idegsejtek reagálnak Luke Skywalker minden megjelenési formájára – a leírt nevére, fényképére vagy a kimondott nevére. Ebből tévesen arra a konklúzióra juthatnánk, hogy egy „Luke Skywalker” sejtet találtunk, azonban az élelmes szemlélő észreveheti, hogy ez az idegsejt Yoda mesterre is reagál – tágítva a „Luke Skywalker sejt” ötletét „jedi sejtté”, vagyis egy tágabb koncepcióhoz kapcsolható.

Hasonló specializált sejtek az úgynevezett helysejtek. Patkányoknál figyelték meg, hogy amikor az állat egy bizonyos helyen tartózkodik, ugyanazok a sejtek aktiválódnak, mintegy „térképet” létrehozva a patkány hippokampuszában. Érdekes, hogy a hippokampusz pontosan az a terület az emberi agyban, mely az emlékeinkért felelős – a velünk történtek felidézésére, hogy pontosak legyünk. Nem ezek az egyetlen specializált sejtek az agyban. A mozgás létrehozásáért felelős motoros kéregben az idegsejteknek van kedvenc, preferált iránya – s ha több aktiválódik egyszerre, akkor ezen aktivitások együtt adják ki a mozgás irányát. Ez nemcsak a tudományos világ számára fontos eredmény – lebénult páciensek agyába elektródát ültetve képessé válhatnak a mozgásra. Ennek a leghíresebb példája a 2014-es foci világbajnokság első ellőtt labdája, melyet egy nyaktól lefelé lebénult ember hajtott végre, akinek a testét az elektródákkal irányított exoszkeleton mozgatta.

Az agy folytonos változása miatt azonban a technológia nem tökéletes – mindennap újra és újra kell tanulnia a gépnek a páciens agyát.

Ezek azonban csak példák az agy számtalan izgalmas területéről. Rengeteg feltáratlan kérdés van még, ahol akár a fizika, matematika eszköztárával is újdonságokat fedezhetünk fel. Ahogy láthattuk, az agy kutatásának gyakorlati haszna is bőven van, de lehet, hogy a jövőben egyszer ezáltal adhatunk választ olyan, sokakat izgató kérdésre, hogy mi a tudatosság, hogyan tehetjük hatékonyabbá a tanulásunkat, s talán egyszer képesek leszünk pusztán az idegi válaszok alapján „gondolatot olvasni”.

A Csodák Palotája további programjai (köztük a Wigner Cafe többi előadása) megtalálható a linkre kattintva, a teljes előadás pedig megtekinthető a CsoPa facebook oldalán.