Az emberi agy 86 milliárd idegsejtből és még ugyanennyi nem neuronális sejtből áll. E biológiai rendszer idegsejtjeinek feltérképezését, a főemlősök agyával összehasonlítását, az agyfejlődés sejtszintű dinamikájának vizsgálatát, valamint az emberi sejttípusok funkcionális elemzését tűzte ki a 2017-ben indult Brain Initiative Cell Census Network (BICCN) elnevezésű kutatói konzorcium – írja a Szegedi Tudományegyetem.
Az agykutatás Manhattan terveként emlegetett óriásprojekt 2023 őszén a Science, a Science Advances és a Science Translational Medicine folyóiratokban válogatott publikációkban adta közre az agy jövőbeli sejtszintű kutatását meghatározó eredményeket.
A Science-összeállítás 24 cikke közül 3 publikáció vezető szerzői között szerepel Dr. Tamás Gábor, az MTA-Szegedi Tudományegyetem Agykérgi Neuronhálózatok Kutatócsoport vezetője, az SZTE idegtudomány professzora, több szegedi kutatótársával együtt. A Szegedi Tudományegyetem riportjából kiderül, hol van az emberi agy evolúciós forró területe, mitől emberi az agyunk, milyen gyógyítási célok ösztönzik az agykutatást, milyen előnnyel jár az emberi agy kapcsolódási sokfélesége és miért érdemes délután aludni vizsgaidőszakban.
Milyen átfogó tudományos képet adnak az emberi agy fejlődéséről a BICCN agyi atlaszának publikációi? Van meglepetés az eredmények között?
Alapvető kérdésekre kaptunk választ azzal kapcsolatban, hogy az emberi agyat mi különbözteti meg a főemlősökétől. Amerikai és európai kollégáinkkal az ember és főemlős rokonai, a csimpánz, a gorilla, a makákó agyát hasonlítottuk össze. A publikációk ennek az „agytérképészeti” kutatásnak rögzítik az eredményeit, elsősorban azt a kérdést teszik fel, hogy mi van az emberi agyban, mi van egy főemlős agyában, és a kettő mennyire más. Más bolygók-e vagy csak más kontinensek? A válasz az, hogy nem más bolygók, de valóban más kontinensek. Arra jutottunk, hogy léteznek csak az emberre jellemző agyi idegsejtek és kapcsolódások, és noha ezek az eredmények várhatók voltak, mégis fontos megállapítani, hogy az evolúció lépésenként haladt, és a csak emberben előforduló agyi idegsejtek létezése ellenére nem igaz, hogy az emberi agy teljesen egyedi, és hozzánk képest minden le van maradva az evolúcióban.
Végül is mi teszi az emberi agyat emberivé? Az agyi idegsejteknek hány százaléka van meg csak az emberben?
Az agykéregben körülbelül 150-200 féle idegsejttípus található, ezeknek 10-15 százalékánál látjuk, hogy vagy jelentősen túlreprezentáltak az emberben vagy talán az emberre specializálódtak. Az első, csakis emberre jellemző idegsejttípust a mi kutatócsoportunk fedezte fel néhány évvel ezelőtt az amerikai kollégákkal együtt. Axonvégződéseinek alakjáról csipkebogyó idegsejtnek neveztük el, ez volt az agyi atlasz készítésének egyik első generációs eredménye. Abban a kutatásban úgy tevődött fel a kérdés, hogy van-e idegsejttípus, ami csak az emberben fordul elő vagy az emberben inkább, mint a rágcsálókban. Ki tudtuk mutatni, hogy a rágcsálókhoz képest valóban vannak emberre jellemző sejttípusok. A mostani egyik cikkünk továbblépett, és kimutattuk, hogy a főemlősökhöz képest is vannak sejttípusok, amelyek túlreprezentáltak az emberben, azonban egészen minimális azoknak a száma, amelyek igazán csak az emberben fordulnak elő. Az említett 150-200 féle idegsejtből 1-2 százalék esetében van erre esély, és ezek a sejttípusok viszonylag ritkán és kevés helyen fordulnak elő az agyban. Előfordulásukat agyterületek szerint is lehet vizsgálni. Ha veszünk egy mintát az agyunk evolúciósan új részéről, a homloklebenyből, és egy másikat egy nagyon konzervatív részről, például a szaglókéregből, kiderül, hogy utóbbi területen jelentős a konzerváció, itt az agysejtekben nincs különbség a főemlősökhöz képest. Az embernél erősen domináns homloklebeny viszont annyira új evolúciósan, hogy ott még nem volt szükség új sejttípusok megjelenésére. Az evolúció egészen egyszerűen mennyiségi eszközöket használt, hogy ezt az előrelépést biztosítsa.
Dr. Tamás Gábor, az SZTE idegtudomány professzora. Fotó: Kovács-Jerney Ádám
Milyen hatásra specializálódtak a sejttípusok az agyban?
Két állatfaj között általában az okoz jelentős különbséget az agyban, hogy milyen érzékszervük domináns. A rágcsálóknál nem a látórendszer dominál, mint nálunk, hanem a szaglórendszer és a bajusztapintás, mivel ők ezzel navigálnak a sötét alagutakban. Ezért a rágcsálókban olyan jellemző idegsejttípusok alakultak ki, amelyek például a bajusztapintásért felelősek az agykéregben, míg a látókéreg a főemlősökhöz képest kevésbé fejlett. A mostani publikációk eredményeiből is azt látjuk, hogy a főemlős állatfajokban, ide értve az embert is, a látókéreg az, amelyen az evolúció intenzíven dolgozik. Ott fordulnak elő olyan specializált új sejttípusok, amelyeket máshol eddig nem láttunk.
Hol van az emberi agy forró pontja, ahol az evolúció a legtöbbet változtatott?
Úgy tűnik, hogy nem egy forró pontról, hanem egy forró agykérgi rétegről van inkább szó. A fent említett megnövekedett területű agyrégiókon túl azt vettük észre, hogy agyterülettől függetlenül az agykéreg legkülső, úgynevezett első sejtrétegében dolgozik leginkább az evolúció. Az új sejttípusok sokfélesége ebben a rétegben olyan funkcionális lehetőségekhez juttatta az emberi neuronhálózatokat, amelyek más emlős fajokban nem elérhetők. Ez a sejtréteg egy evolúciós hotspot, ahol a változások tükrözik az emberek bonyolultabb agyi áramköreinek szabályozásának magasabb követelményeit.
Merre vezet az emberi agy fejlődése az információs korszakban? A konzervatív részt, ami a funkcióját már megfelelően ellátja, nem fejleszti tovább, hanem hozzáfejleszt új részeket?
Az evolúció dinamikus, egy funkció sosem marad ugyanaz. Nem tudom, mikor, de ha így folytatnánk, előbb-utóbb mobiltelefonra specializált sejtje is lenne az agyunknak. Ha ilyen ütemben fejlődne a környezetünk abba az irányba, hogy egy testen kívüli testrészünk legyen, akkor annak reprezentációja is lenne az agyban. Eközben persze a többi fajnál ilyesminek nyoma sem lenne. Hadd mondjak egy egyszerű példát a környezet hatására. A cetek egészen másképp látnak, mint mi; a mi látásunkhoz fény kell, az övékhez hang. Ugyanazt a funkciót, a környezetben tőlük függetlenül mozgó táplálékok, veszélyforrások, állatok azonosítását és követését más eszközökkel végzik, mint a szárazföldi fajok. Egy ilyen eszközkészlet pedig evolúciós kényszert jelent az agy számára, amelynek hatására lesznek persze ad hoc megoldások is. Az idegtudósok azonnali agykérgi reprezentációnak hívják azt, ahogyan egy objektum leképeződik az agyunkban; ha ez az objektum újonnan jelenik meg, mint a mobiltelefon a kezünkben, akkor először nem tudjuk behelyezni agyi könyvtárunk megfelelő polcára, de előbb-utóbb kialakul egy egészen új polc, ahová szépen bekerülnek a plusz információk.
Forrás: Szegedi Tudományegyetem
