Pillangóhatást váltanak ki az agyban az idegi impulzusok

Ha az agyunk legközelebb megviccel bennünket, legalább lesz mentségünk: a UCL kutatói a Nature szaklapban közzétett új tanulmányukban azt állítják, hogy az agy alapvetően megbízhatatlan.

Ez a többség számára talán nem tűnik meglepőnek, mégis évtizedek óta foglalkoztatja az ideggyógyászokat. Ha az agy a legnagyobb teljesítményű számítástechnikai eszköz, hogyan teljesíthet olyan kiválóan annak ellenére, hogy áramköreinek viselkedése annyira változékony? Egy régi elmélet szerint az agy áramkörei valójában megbízhatók; a rendkívüli ingatagság annak tudható be, hogy az agyunk sok feladatot végez egyszerre, ezek pedig hatást gyakorolnak egymásra.

Már egy impulzus elég

A brit University College London (UCL) pontosan ezt a hipotézist vizsgálta. A kutatócsoport a Wolfson Biomedikai Kutatóintézet munkatársainak és Peter Latham teoretikus közreműködésével a népszerű pillangóhatás elméletből merített ihletet, mely szerint egy pillangó szárnycsapása Brazíliában tornádót okozhat Texasban. Tervük lényege az volt, hogy a pillangó szárnycsapásának megfelelő apró idegi zavart keltenek az agyban, majd ellenőrzik, mi történik az idegi áramkörök működésével. Vajon a zavar fokozatosan nő, és utóhatást vált ki, vagy azonnal megszűnik?

Amint kiderült, jelentős utóhatást eredményez. A zavar egyetlen plusz idegi impulzus volt, amit egy kísérleti patkány agyának egyik idegsejtébe vezettek be. Ez az egyetlen többlet impulzus körülbelül harminc újabb plusz impulzust váltott ki a környező agyi neuronokban, melyek többsége harminc újabb extra impulzust váltott ki, és így tovább. Ez nem tűnik túl soknak, mivel az agy másodpercenként több millió impulzust generál, a kutatók azonban úgy becsülték, hogy ez az egyetlen impulzus végül több millió agyi idegsejtre gyakorol hatást.

Az impulzusok e gyors felerősödése azt jelenti, hogy az agyunk rendkívül "zajos"; sokkal zajosabb, mint a számítógépek. Ennek ellenére az agy nagyon bonyolult feladatokat képes megoldani hihetetlen gyorsasággal és pontossággal, sokkal gyorsabban és pontosabban, mint bármely eddig (és valószínűleg a közeljövőben) épített számítógép. A UCL kutatói úgy vélik, ahhoz, hogy az agyunk ilyen kiváló teljesítményt nyújthasson ilyen magas zajszint mellett, egy aránykód nevű stratégiát kell alkalmaznia. Egy aránykódban a neuronok sok más idegsejt működését veszik figyelembe egyszerre, és figyelmen kívül hagyják az egyes kilengéseket, azaz az egyes idegsejtek által létrehozott "zajt".

Azt tehát már tudjuk, hogy az agyunk meglehetősen zajos, azt azonban még mindig nem, miért. A UCL kutatói szerint az egyik lehetőség az, hogy az agynak ezt az árat kell megfizetnie az idegsejtek rendkívül jó összeköttetéséért (mindegyik neuron körülbelül 10 ezer másikkal áll kapcsolatban, ami több mint 8 millió kilométer hosszúságú hálózatot eredményez az emberi agyban). Ez a kiváló összeköttetés lehet részben felelős az agy rendkívüli számítástechnikai teljesítményéért. A kutatás azonban azt mutatja, hogy minél jobb az összeköttetés, annál nagyobb a zaj. Tehát bár a zaj nem hasznos tulajdonság, legalább egy hasznos jellegzetesség mellékterméke.