2017. november: jegyzet, orvostudomány, portré, fizika, kémia, agykutatás, tudomány, atomenergia, innováció, anyagtudomány, energiagazdálkodás, zöldkörnyezet, it

Agykutatásról dióhéjban

A Nemzeti Agykutatási Program (NAP) keretében végzett kutatásaikról és az elért eredményekről kérdeztük az MTA TTK Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézet három kutatóját, Ulbert Istvánt, Barthó Pétert és Mátyás Ferencet.


Ulbert István és kutató­cso­port­ja mikro-elektro­mecha­nikai technológia segítségével olyan polimer alapú multielektródokat fejlesztett ki és tesztelt, melyek az agyfelszín alól nagy pontossággal képesek jeleket regisztrálni.

Most, hogy lezárul az első ciklus, melyek a kutatócsoport fontosabb eredményei?

− A NAP neurobionikai kutatások pillérének nagy része az MTA TTK Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézet, a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technikai és Bionikai Kar, valamint az Országos Klinikai Ideg­tudomá­nyi Intézet Funkcionális Idegsebészeti Osztályának az együttműködésével valósult meg. Olyan eszközöket és eljárásokat kutattunk, amelyekkel nagyobb fel­bontásban és megbízhatóbban lehet kimutatni az agyi jelenségeket, kezdve az egysejtvizsgálattól az egész rendszerek vizsgálatáig. Nagy fel­bon­tású elektrofiziológiai eszközöket fej­lesz­tet­tünk, amelyekkel az elektródában lévő mikrokontaktusoknak köszönhetően na­gyon pontosan lehet követni egy idegsejt aktivitását. Az 1500-2000 elektródás ak­tív rendszer chiptechnológiával készült, nemzetközi együttműködők bevonásával, a NAP keretében.

Chiptechnológiával készült több ezer csatornás elektróda képe
Hogyan tesztelték az új elektródákat?

− Ezeknek a nagy csatornaszámú rendszereknek a fejlesztése, valamint az esz­közök készítése és tesztelése állatmodelleken történt. Azonban az új technológiával elkészíttettük polimerekből az első olyan eszközt, amely már beültethető az emberi agykéregbe. Ehhez hasonlót használnak jelenleg is az idegsebészeti gyakorlatban, csak nem ezzel a finom technológiával megvalósítva. Egyelőre hosszú drótokon keresztül valósul meg a jelek kivezetése az agyból, a nagy áttörést a rádióhullámú kommunikáció megvalósítása jelentheti majd ezen a területen.

Ilyen mélyelektródákat használnak például az epilepsziás gócok lokalizálására?

− Igen. Az epilepszia nagyon fontos a számunkra, mivel a bionikai fejleszté­sek mellett rendszer-, illetve összehasonlító idegtudományi kutatásokat is végzünk. Amellett, hogy az epilep­szia különböző patológiás forrásait keressük, az agy normál működését is meg tudjuk figyelni, fontos szerep jut ezeknek a betegeknek a kognitív je­lenségek kutatása mellett az alvás­kutatásban is.

Az MTA TTK Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézet a NAP-B Alvási Oszcillációk Kutatócsoport vezetője, Barthó Péter nyilatkozott az eddigi munkájukról. De mit jelent maga a kifejezés: alvási oszcilláció?

− Laborunk érdeklődési területe az alvási oszcillációk kialakulása és funkcionális jelentősége. Ahogy ébrenlétből álomba merülünk, az enkefalogramon különböző hullámokat észlelünk. Az éb­renlétre jellemző alacsony amplitúdó­jú aktivitás helyett 7–15 hertz frekven­ciájú csomagocskák, úgynevezett alvási orsók jelennek meg. Az alvás mélyülésével ezeket felváltják a lassabb és nagyobb delta-hullámok. Míg a mély alvási delta-ritmusokat inkább az ideg­sejtek anyagcsere-háztartásának rendbetételével szokták kapcsolatba hozni, a felszínesebb alvásban fellépő orsók a memórianyomok rögzülésében játszanak szerepet. Arra keressük a választ, hogyan alakulnak ki ezek a hullámok, hogyan viselkednek alattuk az idegsejtek, és mi határozza meg az egyes állapotok közötti átmeneteket.

Ébresztőpályák bekapcsolása (kék nyíl) megváltoztatja az alvási hullámokat mind a nyers EEG-n (alul), mind a frekvencia-spektrumon (felül). Az alvási orsók és delta- hullámok gyors, magas frekvenciás aktivitásnak adják át helyüket.
Milyen eredményeket értek el, kikkel dolgoztak együtt a program során?

− Felépítettünk egy korszerű laboratóriumot, ahol a jelenlegi legmodernebb technikákkal, rágcsálómodellekben vizsgáljuk az agyi hullámok kialakításáért felelős sejtek viselkedését, illetve befolyásoljuk azok aktivitását.
Felfedeztük, hogy egy, az agykéregből az agy mélyebb rétegeibe haladó pálya aktivitási mintázatától függően tudja befolyásolni az alvási oszcillációkat, azaz az alvás mélységét. Ez azért különösen érdekes, mert az eddigi, az alvást befolyásoló pályáktól eltérően nem az egész agy állapotát befolyásolja, csak egyes régiókét. Másik fontos eredményünk, hogy ezek a hullámok erősen függenek az agyi hőmérséklettől, azaz a tanulást valószínűsíthetően befolyásolják a hőmérséklet-változással járó állapotok, mint a menstruáció, különböző anyagcserezavarok, illetve szedett gyógyszerek. Több hazai, illetve nemzetközi (brit, dél-koreai) laborral tartunk fent kollaborációs együttműködést.

Mátyás Ferencet, a Hálózat és Viselkedés Neurobiológiai Kutatócsoport ve­zetőjét arról kérdeztük, hogyan keresik a választ arra, miként szabályozza agyunk az egyes viselkedésformák kialakulását.

− A NAP-nak köszönhetően számos új kutatócsoport alakulhatott az országban, ami sok fiatalnak nyújtott lehetőséget arra, hogy saját elképzeléseit itthon való­sítsa meg. 2015-ben egy teljesen új kutatási irányt indítottunk el ennek keretében az MTA TTK-n. Az általunk végzett optogenetikával összekapcsolt viselkedés- és hálózatkutatás ugyanakkor szervesen kapcsolódik az Ulbert István és Barthó Péter csoportjában végzett munkához. Kísérletes alapkuta­tást végzünk, állatokon modellezzük, hogyan működhet az „emberi agy”. Sok minden kideríthető ugyan az fMRI, EEG és mélyelektródás elvezetésekkel az emberi agyról, azonban agyunk sejtes vagy hálózatos megismerése nehézségekbe üt­közik, ezek áthidalására különböző állatmodelleket használunk, hogy feltér­képezzük ezt a sok milliárd idegsejt­ből álló hálózatot. Azt vizsgáljuk, hogyan kommunikálnak, kapcsolódnak egy­máshoz az idegsejtek, miként alakul ki egy-egy agyi funkció. Elsősorban az érzelmek, ezen belül is a félelem, a szorongás és a szociális interakció mögött álló hálózatokat szeretnénk feltérképezni, valamint azt, hogy ezek a kapcsolatok miként befolyásolják a viselkedést. A fényérzékeny fehérjék sejtspecifikus kifejeződésén alapuló optogenetika segítségével ki-, illetve bekapcsolunk egy adott idegsejtcsoportot, és megnézzük, hogyan változik a rágcsálók viselkedése.

Thalamusz neurokémiai sokszínűsége
Hol tartanak jelenleg?

− Viszonylag rövid idő alatt sikerült felépítenünk a laboratóriumunkat, így gyorsan hozzáfoghattunk a munkához. Két éve a nulláról kezdtünk el építkezni, és már szép eredményeket értünk el. Ma ott tartunk, hogy – egy nemzetközi kutatócsoporttal közösen – rövidesen publikáljuk az eddigi eredményeinket. Szerencsére folytathatjuk a kutatást a NAP 2-ben is, ami biztosítja számunkra, hogy további jelentős sikereket érhessünk el.•

 
Innotéka