A memória működésének egyik titkát fedezték fel az SZTE kutatói

Az SZTE-MTA Lendület Oszcillatorikus Neuronhálózatok Kutatócsoport laborjából származó szenzációs Neuron-cikk elsőszerzője, az SZTE spanyol PhD hallgatója, Azahara Oliva González, társszerzői: a posztdoktorként itt dolgozó Antonio Fernández-Ruiz és az Amerikai Egyesült Államokban élő világhírű magyar agykutató, Buzsáki György, utolsó szerzője pedig Berényi Antal. A Neuron az idegtudományok terén az egyik legrangosabb folyóirat. Az itt közölt tanulmány az első olyan eredmény, mely az SZTE-MTA Lendület Oszcillatorikus Neuronhálózatok Kutatócsoport laboratóriumának jelentős önálló teljesítménye.

Az SZTE-MTA Lendület Oszcillatorikus Neuronhálózatok Kutatócsoport tagjai (balról jobbra): Azahara Oliva González, Antonio Fernández-Ruiz, Berényi Antal.

  Mit tudtak meg a szegedi kutatók a hippocampuszról?

– A beazonosított agyterület a hippocampus eddig negligált, keskeny CA2 régiója. Itt keletkeznek azok a sharp-wave ripple ritmusok, amelyek elnevezését magyarra talán éleshullám-fodorként fordíthatnák – magyarázta Berényi Antal, a Szegedi Tudományegyetem adjunktusa, az SZTE-MTA Lendület csoportját vezető agykutató.

– Azt az agyterületet vizsgáltuk, amely az egyik legnehezebben gyógyítható epilepszia típusért, a rángógörcsökkel és tudatvesztéssel járó roham miatt közismert, úgynevezett temporális lebeny-epilepsziáért felelős. Ennek kialakításában ugyanaz a hippocampus vesz részt, mint a memóriafolyamatok szervezésében – magyarázta Berényi Antal.

A szövettani fotón zölddel világítanak azok a sejtek, amelyek – a Berényi Antal és csoportja által vizsgált – CA2 régióhoz tartoznak. Forrás: http://www.cell.com/neuron/

Olyan sejtcsoportokat keresett Berényi Antal csoportja, amelyek képesek ritmusokat indítani az agyban, mivel ezek lehetnek a kiindulópontjai az epilepsziás rohamoknak. A memóriátvitel elfogadott modellje szerint az agyban a rövidtávú emlékezetért a hippocampus a felelős, míg a hosszú távú tárolás máshol, a homloklebeny környékén történik.

– Mivel sok agyterületet tudunk egyszerre megfigyelni, rájöttünk, hogy bizonyos sejtek aktiválódását mindig ezek az úgynevezett shrap-wave ripple ritmusok kialakulása követi, ami az emléknyomok áttöltésének a kulcseleme. Azért fontos annak az agyterületnek az azonosítása, ahonnan az említett speciális ritmusok kiindulnak, mert ezután célzottan lehet kísérleteket végezni például annak érdekében, hogy meggátoljuk vagy éppen fölerősítsük ezeket a ritmusokat. Az agy megismeréséhez járul hozzá a felfedezésünk, ami lehetővé teszi annak megértését, miként tudunk emlékezni – összegzett Berényi Antal.

Az illusztráció a CA2 régió Berényi Antal és kutatócsoportja által feltárt kapcsolatrendszerét mutatja sematikusan. Forrás: http://www.cell.com/neuron/

  Mi lehet a hatása a Berényi Antal által vezetett csoport felfedezésének?

A további epilepszia-kutatást is ösztönözheti a Neuron-cikkben leírt megfigyelés. Fölvetődik a kérdés: ezeknek a nagyon ingerlékeny sejteknek mi lehet a szerepük az epilepszia-roham elindításában?

A kutatás további útvonala lehet, hogy az emberi agyat megpróbálják befolyásolni például koponyán keresztüli elektromos ingerekkel annak érdekében, hogy az agyműködést befolyásolják: például leállítsák az epilepsziás rohamot vagy éppen elősegítsék a tanulást.

  Karmesteri irányítás az agyban?

Buzsáki György, az Amerikai Egyesült Államokban élő világhírű agykutató foglalkozik ritmikus agyi aktivitásokkal – tudtuk meg Berényi Antaltól, aki korábban együtt dolgozott a neves tudóssal. Buzsáki fölismerte és elkezdte általánosan elfogadottá tenni, hogy a különböző agyterületek a különböző információkat úgy továbbítják egymást közt, hogy ritmusokba szerveződnek az adott területen lévő idegsejtek. E karakteres agyi ritmusok föltárása elkezdődött, számuk tíz körüli.

– Képzeljük magunk elé egy zenekar játékát karmester vagy vezénylet nélkül! Ha az összes hangszer a saját ritmusában, saját elképzelés alapján más-más ponton belépve szólalna meg, akkor az káoszt eredményezne. Ellenben ha a zenekarban vannak csoportok, amelyek a karmester intésére egyszerre, egy ritmust követve szólalnak meg, figyelembe véve a többiek játékát is, akkor csodálatos eredmény, zenei élmény születik. Az agy is így, karmesteri irányítással működik – tette elképzelhetővé az agyi folyamatokat egy közérthető analógiával élve Berényi Antal.

  Hogyan függ össze az epilepszia-kutatás és a memória-átvitel vizsgálata?

A Neuron-cikkben közölt eredmény a memória működéséről szól. Amerikában, Buzsáki professzor laboratóriumában viszont azzal foglalkozott, hogy az epilepsziát miként lehet elektromos ingerléssel leállítani. E két terület hogyan kapcsolódik össze? – kérdeztük az ifjú tudóstól.

– A csoportunk azt kezdte el vizsgálgatni, hogy melyek azok a régiók, amelyek képesek a hippocampuszon belül ilyen ritmusokat elindítani. Azt feltételezzük, hogy ezek a leginkább ingerületbe hozható sejtek. Valószínűleg ugyanezek a neuronok lehetnek a felelősek az epilepszia kialakításáért, mikor túlingerlődnek. E sejtek alacsony ingerküszöbűek és könnyen bekapcsolhatóak – mondta Berényi Antal.

– Buzsáki György felfedezése, hogy a magyarul éleshullám-fodornak nevezhető agyi ritmus főként az alvás idején jelenik meg, míg abban a fázisban, amikor a kísérleti állat tanul, nincs jelen. De ha az állat éppen egy tanulási periódus után van, akkor ezeknek a ritmusoknak a száma gyakoribb. Ma már ismert, hogy ezek a ritmusok felelősek azért, hogy a megszerzett emléknyomok a hippocampuszból áttevődjenek a homloklebenybe, és ott hosszú távra eltárolódjanak – folytatta magyarázatát Berényi Antal.

Az eredményhez tartozik az is, hogy nemrégiben más, például franciaországbeli laboratórium úttörő jellegű kísérlete kimutatta: ha e ritmust az alvó állat agyában mesterségesen „szétverik”, akkor az újonnan tanult információt az állat elfelejti. Tehát míg nap közben folyamatosan javul a teljesítménye, mert a rövid távú memória működik, másnap mégsem elékezik a megtanultakra, mert alvás közben elektromos ingerrel vagy fénytechnikával megzavarták az ingerátvitelt.

Mit adott hozzá a szegedi csoport az eddigi kísérletek eredményeihez?

A Szegedi Tudományegyetem és az MTA Lendület Oszcillatorikus Neuronhálózatok Kutatócsoport laboratóriumában azonosították azt az agyterületet, ahonnan ezek a sharp-wave ripple ritmusok kiindulnak. – Ez azért fontos, mert célzottan lehet kísérleteket végezni például annak érdekében, hogy meggátoljuk, vagy éppen fölerősítsük ezeket a ritmusokat. Az is hozzáadott érték, hogy mi a CA2-es agyi területet vizsgáltuk. A CA2 elnevezés egyébként őrzi azt a jelölést, ahogy Santiago Ramon y Cajal beosztotta a hippocampus különböző részeit. Egyébként Santiago Ramon y Cajal alapította azt az intézetet, ahonnan a szegedi kutatócsoportomba érkezett két spanyol munkatársam, a Neuron cikkét is jegyző Azahara Olivia Gonzalez PhD hallgató és Antonio Fernández-Ruiz posztdoktor – egészítette ki tudománytörténeti adalékkal a friss kutatási eredményükről szóló válaszát Berényi Antal.

– Tehát eddig úgy tudtuk, hogy a CA2-ben a sejtek nagyjából homogének viselkedés szempontjából. Ehhez képest mi azt találtuk, hogy kétféle sejttípus és nagyjából fele-fele arányban található ott. Az egyik úgy viselkedik, ahogy várnák, vagyis ahogy a CA1 és a CA3 régióban a sejtek viselkednek. De van egy különálló sejtcsoport, amelynek az aktivitása már több száz milliszekundummal korábban elkezd növekedni, mint ahogy az úgynevezett éleshullám-fodor hullám kialakulna. Vagyis nagy valószínűséggel ez a sejtcsoport alakítja ki ezt a sharp-wave ripple ritmust.

– Specifikus molekuláris technológiáinkkal tudtuk meghatározni, hogy a hippocampus CA2 régiója mettől meddig tart. Ugyanakkor a speciális elektródákkal végzett nagy felbontású fölvételi technikák hozzájárultak a Neuron-cikkben kifejtett eredményünkhöz. Ahhoz, hogy ilyen jelentős megfigyelést tudjunk tenni, egyszerre kellett rögzítenünk nagyon sok sejt aktivitását több agyi régióban is. Így láthattuk meg a sorrendiséget. Eddig nem állt rendelkezésre olyan felvételi technika, amivel egy időben figyelhető meg több agyi régió – részletezte Berényi Antal, aki laboratóriumának adatait hozzáférhetővé teszi más kutatók számára is.

Mi a következő lépés a kutatómunkában?

Az élő állatok megfigyelésével is foglalkozó szegedi kutatók azt tervezik, hogy bevetik az optogenetika tárházát is munkájuk folytatásához. Ez azt jelenti, hogy képesek lesznek fénnyel be- és kikapcsolni az idegsejteket, például a CA2 régióban. Majd molekuláris módszerekkel elérhetővé teszik, hogy csak azokban a sejtekben legyen fényérzékeny fehérje, amelyeket vizsgálni akarnak.

– Tényleges lépést tettünk előre az agy megismerésében – fogalmazott Berényi Antal. – Az lenne a továbbvezető út, hogy megpróbáljuk lecsendesíteni az előbb említett sejteket. Így megnézhetnénk, hogy elvesznek-e a ritmusok. Ha igen, akkor végképp bizonyítanánk a Neuron cikkünkben megfogalmazott állításokat. Vagy egy másik lehetőség: megkeresni, hogy ezek a sejtek miért úgy viselkednek, ahogy? Vagyis milyen inger hatására aktivizálódnak akkor, amikor még le se zárult egy folyamat – fogalmazott Berényi Antal, aki cikkük hatásaként olyan tudományos vitára és új kutatási eredményekre is számít, amelyek ösztönözhetik az epilepszia-kutatást.

  Milyen a félidős eredmény?

A Berényi Antal-féle SZTE-MTA Lendület csoportban összesen 8 kutató dolgozik. Több témakör kutatását is érintő programjuk teljesítésének félidejénél tartanak. Többek között arra keresik a választ, hogyan miként lehet használni a koponyán kívüli elektromos ingereket fókuszáltan arra, hogy az agyműködést befolyásolák? Azt is vizsgálják, hogy ha ezeket a koponyán kívüli elektromos ingereket fölhasználják az epilepszia leállításra, akkor ennek hosszú távon van-e terápiás hatása? Vagyis a pacemaker-szerű beültetett eszköz hatására meggyógyul-e a paciens, vagy az epilepsziás rohamok leállításra csakis ez a mini-gép képes?

– Célegyenes közelben van a látórendszer-kutatáshoz, régi örökségünkhöz tartozó téma. Ennek lényege: az agy és a gondolkodás értelme, hogy adaptálódni tudjunk a környezetünkhöz. Ha egy inger ér bennünket, arra adekvát választ tudjunk adni a túlélés érdekében. Ez csak úgy képzelhető el, hogy a szenzoros ingereket átfordítsuk motorikus paranccsá. Mi azzal foglalkozunk, hogy honnan származik ez a látó információ és ezt az idegek miként tudják feldolgozni? – folytatta a kutatókat izgató kérdések sorát Berényi Antal, aki számára a legjelentősebb megválaszolandó kérdés, hogy „Mi az epilepszia mechanizmusa?”

SZTEinfo – Újszászi Ilona

Fotók: Bobkó Anna

Korábbi cikkeink:

Berényi Antal: „Ha van egy jó ötleted, próbáld megvalósítani!” 

5 szegedi a 10 Junior Prima Díjjal elismert kutató között

Újabb rangos pályázaton nyert Berényi Antal (SZTE)

Az SZTE kutatója, Berényi Antal publikált a friss Science-ben