A gamma-agyhullámok segítenek a figyelem összpontosításában

Az agyunkban lévő idegsejtek sokaságát szinte folyamatosan bombázzák a környezet ingerei. A kutatók korábban már kimutatták, hogy amikor figyelmünket összpontosítjuk, akkor e neuronok egy része összehangolódva kezd kisülni, s ez mintegy kórusként emelkedik ki a háttérzajból. A Science folyóiratban megjelent új tanulmány szerint megtalálták azt az agyközpontot, amely karmesterként összehangolja ezt az idegi kórust.

A Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) idegkutatói azt tapasztalták, hogy az agy "tervezőközpontjában", az úgynevezett prefrontális kéregben (előhomloki lebenyben) elhelyezkedő neuronok összhangban sülnek ki és jeleket küldenek a nyakszirtlebenyben lévő látókéregbe, hogy az ott lévő idegsejtek is hasonlóképpen viselkedjenek. Ily módon nagy frekvenciás (40 hertznél magasabb frekvenciájú) gamma-hullámok jönnek létre, amelyek úgy oszcillálnak a távoli agyterületek között, mint egy rezgő rugó. Ezeket a gamma-oszcillációknak nevezett hullámokat már régóta olyan kognitív (gondolkodással kapcsolatos) állapotokkal társítják, amilyen például a figyelem, a tanulás és az öntudat.

Robert Desimone, a McGovern Agykutató Intézet igazgatója, a MIT idegtudomány professzora elmondta, hogy a kutatócsoportot különösen a prefrontális kéregben lejátszódó gamma-oszcilláció érdekelte, mivel ez felülről lefelé haladó befolyást gyakorol az agy többi részére. A szakemberek közt ismert, hogy a prefrontális kéreg érintett a skizofréniában, a figyelemhiányos hiperaktivitás szindrómában (ADHD) és sok más agyi rendellenességben szenvedő betegeknél. Az is tudott, hogy ezekben a betegségekben a gamma-oszcilláció is megváltozik. A kutatók mostani eredményei arra utalnak, hogy az idegi szinkronizmusnak a prefrontális kéregben bekövetkezett megváltozása megszakíthatja a kapcsolatot e terület és más agyterületek között, ami megváltozott érzékeléshez, gondolatokhoz és érzelmekhez vezethet.

Az idegi szinkronizmus magyarázatára Desimone a következő analógiát használja. Képzeljünk el egy zsúfolt partit, ahol az emberek a különböző szobákban beszélgetnek. Ha az egyének véletlenszerűen fölemelik a hangjukat, akkor a zaj csak még nagyobb lesz. Ha azonban az egyének egy csoportja az egyik szobában elkezd összhangban énekelni, akkor a szomszédos szobában is nagyobb valószínűséggel meghallják az üzenetet. Ha pedig a szomszéd szobában lévő emberek válaszul visszaénekelnek, akkor a két szoba képes kommunikálni egymással.

Desimone és munkatársai az agy figyelemmel kapcsolatos két "szobájában" - a prefrontális kéregben lévő frontális látómező (FEF) és a látókéregben lévő V4 terület között - keresték az idegi szinkronizmus mintázatait. Arra idomítottak be két makákó majmot, hogy egy több tárgyat mutató monitort figyeljenek, és adott jelre az egyik tárgyra koncentráljanak. Figyelemmel kísérték az agy FEF és V4 területin zajló idegi aktivitást akkor is, amikor a majmok odafigyeltek a tárgyra, és akkor is, amikor nem törődtek vele.

A látókéreg neuronjai (V4 terület) értelmezik a látványt, a prefrontális kéreg FEF részében lévő neuronok pedig szabályozzák a figyelem összpontosítását. Amikor a figyelem (kúppal és körrel jelölve) a piros könyvre irányul, akkor a FEF és a V4 terület neuronjai (piros háromszögek) ritmikusan kezdenek kisülni, és az idegi aktivitás szinkronizálttá válik a két terület között (Georgia Gregoriou, McGovern Agykutató Intézet, az MIT szívességéből)

Amikor a majmok először figyeltek fel a megfelelő tárgyra, akkor mindkét terület neuronjainak aktivitása erősen fokozódott. Azután - mintha csak egy rugó kötné össze őket - a két terület közötti oszcillációk elkezdtek összehangolódni. Kiderült, hogy először a prefrontális kérget köti le a figyelem, ezt követi a látókéreg - mintha a prefrontális kéreg utasítaná a látóterületet, hogy figyeljen. A két terület idegi aktivitásának késlekedése az egyes hullámciklusok alatt azt a sebességet tükrözi, amellyel a jelek az egyik területtől a másikhoz haladnak. Ez egyben azt is mutatja, hogy a két agyterület "beszélget" egymással.

Desimone arra gyanakszik, hogy ez az oszcillációs minta nemcsak a figyelemre jellemző, hanem egy általánosabb kommunikációs mechanizmust képvisel az agy különböző részei között. Az eredmények alátámasztják azt az elképzelést, hogy a gamma-szinkronizmus lehetővé teszi a gyors kommunikációt az agy távol eső területei között. Ennek jelentős szerepe lehet a skizofréniától a látás- és figyelemzavarokig terjedő rendellenességek megértésében és kezelésében. Ha sikerül megtalálni az érintett agyterületek gamma-ritmusai helyreállításának módját, akkor sok súlyos betegség válhat gyógyíthatóvá.

Alvásvédő agyhullámok

Az MTA Pszichológiai Kutatóintézet (PKI) Összehasonlító Pszichofiziológiai Kutatócsoportja (ÖPK) és partnerintézeteik cikkét közölte a Science folyóirat 2009. május 22-i száma. A cikkben leírt kutatási eredményekhez a szintén az MTA PKI-ban kidolgozott és makákó majmokon már kipróbált multielektródos elvezető rendszert alkalmazva jutottak.

Az Ulbert István, Sydney S. Cash és Eric Halgren által vezetett nemzetközi kutatócsoport ezúttal az emberi alvást vizsgálta. A kutatók kimutatták, hogy az alvás során az EEG legnagyobb amplitúdójú agyhullámainak, a K-komplexumnak (KC) a megjelenésekor az agyhullámok teljesítménye nagymértékben lecsökken, és ezzel szinkronban az egyes agysejtek aktivitása is a minimumra csökken.

Hipotézisük szerint az emberi KC nem más, mint az úgynevezett "down-state" vagy "inaktív állapot" ami egy az állatkísérletekben már leírt, alvás során bekövetkező, alapvető agyi működési mód. A "down-state" alatt az agykéreg kiterjedt területei szinte kikapcsolt, inaktív állapotba kerülnek, az agysejtek tevékenysége drasztikusan lecsökken, egy rövid "agyi áramszünetet" létrehozva. Mivel a KC-k véletlenül előforduló hangingerek hatására is kiválthatók emberben, a kutatók úgy gondolják, hogy az így indukált KC-knek fontos szerepe lehet az alvás védelmében.

Science/AAAS