Tudósok "idősejteket" fedeztek fel az agyban, amelyek lehetővé teszik a "mentális időutazást"

Amikor felidézzük életünk múltbeli eseményeit, gyakran mentálisan visszajátszhatunk egy élményt abban a sorrendben, ahogyan történt. Ezeknek...

Amikor felidézzük életünk múltbeli eseményeit, gyakran mentálisan visszajátszhatunk egy élményt abban a sorrendben, ahogyan történt.

Ezeknek az epizodikus emlékeknek az áttekintését zökkenőmentesnek és hétköznapi tevékenységnek érezhetjük, de az agyunk képessége, hogy az eseményeket időbeli sorrendbe kódolja - majd később szekvenciális visszaemlékezésekként vonja össze -, egy tudományos rejtély.

Leila Reddy, az Agy- és Kogníciókutató Központ (CerCo) idegtudósának vezetésével egy csoport a Francia Nemzeti Tudományos Kutatási Központban izolálta agyunkban az idegpályák egy részét, amelyek felelősek az idő szekvenciájának rögzítéséért és felidézéséért.

Reddy és munkatársai gondosan megfigyelték az emberi páciensek agyi aktivitását, miközben szekvenciális memóriát igénylő feladatokat végeztek. Az eredmények "az idő robusztus megjelenítését sugallják az emberi hippokampuszban," - ami az agy mélyébe beágyazódó struktúra -, derül ki a Journal of Neuroscience folyóiratban hétfőn közzétett tanulmányból. (1)

A tanulmány feltárja "egy belső vagy velejáró időáramlás létezését, amelyet nem a külső világban zajló dolog vezérel," - mondta Reddy.

Az új kutatás amellett, hogy rávilágít az agyon belüli időbeli szerveződés bonyolult folyamatára, segíthet a memóriát és az időfeldolgozás képességét befolyásoló állapotokban szenvedő betegeknek.

"A hippokampusz fontos többek között az események időbeli sorrendjének megítélésében, és a hippokampusz károsodása az időbeli sorrend memóriájának károsodását eredményezheti (például egy lista tételeinek sorrendjére való emlékezés)," - mondta Reddy.

"Ezért fontos megérteni, hogy az időbeli információ hogyan jelenik meg az agyban, hogy beavatkozásokat vagy kezeléseket lehessen tervezni a memória ezen hiányainak csökkentésére."

A patkányokon és egereken végzett korábbi vizsgálatok arra utaltak, hogy a hippokampusz idegsejtjei vagy "idősejtjei" központi szerepet játszanak az idő tapasztalatában és a visszaemlékezésben. Az azonban továbbra sem tisztázott, hogy a rágcsálók idősejtjei mennyiben hasonlítanak az emberi agy analóg idegsejtjeihez.

Ennek a különbségnek az áthidalása érdekében Reddy és munkatársai két feladatalapú kísérletet terveztek, amelyek egyetlen idegsejt rögzítését tűzték ki célul az emberi agyban. A neurális felbontás ezen szintjének eléréséhez elektródák beültetése szükséges az agyba, ez egy invazív eljárás, amelyet normál körülmények között nem lehet embereken végrehajtani. Emiatt Reddy csapata felkérte az epilepsziában szenvedő humán betegeket, akik klinikai okokból kapták ezeket az implantátumokat a vizsgálattal nem összefüggésben, hogy önként jelentkezzenek a projektbe.

"Ezek a betegek súlyos, gyógyszerekkel szemben rezisztens epilepsziában szenvednek, és műtétre várnak," - mondta Reddy. "A műtét előtti eljárás része elektródok beültetése az agyba a rohamok aktivitásának figyelemmel kísérése érdekében. Miután az elektródákat behelyeztük az agyba, megkérdezzük a pácienseket, hogy hajlandók-e részt venni a rövid kísérletekben, és egyetlen idegsejtből rögzíthetünk különböző adatokat a hipotézisek tesztelésére."

Az első kísérletben Reddy és munkatársai a résztvevő betegek közül kilencet kért fel egy rövid vizuális képsorozat memorizálására, amely olyan képeket tartalmazott, mint egy virág, egy madár és Barack Obama. A résztvevők többször sorrendben figyelték meg a képeket, majd véletlenszerű időpontokban a kísérletet megállították, és a betegeket a sorozat következő képéről kérdezték. Eközben figyelték az idegi válaszaikat, feltárva, hogy az agyuk idősejtjei a kísérlet során meghatározott pillanatokban léptek működésbe.

A második kísérletben hat betegből álló csoport nézte és jegyezte meg ugyanazt a sorrendet, és megtanulta előre látni a minta következő képét is. Ezúttal Reddy és kollégái alkalmanként 10 másodpercig szüneteltették a képeket, és nem adtak más visszajelzést. A rövid leállások alatt, amikor a betegek várták a szekvencia folytatását, az agyukban lévő idősejtek a külső ingerek vagy események hiánya ellenére még mindig aktívan feldolgozták az időbeli tapasztalataikat.

"Nagyon jó volt bizonyítékot látni az időbeli kódolásról, amikor a résztvevők megtanulták az elemek listájának sorrendjét," - amint azt az első kísérlet megmutatta - mondta Reddy. De az a tény, hogy az idősejtek adott pillanatokban még mindig működésbe léptek a köztes időszakokban, arra utal, hogy "létezik egy belső vagy eredendő időáramlás, amelyet nem a külső világban zajló dolog vezérel".

"Végül azt is megállapítottuk, hogy az egész idegsejtcsoportot (tehát nem csak az egyes idegsejteket, hanem a populációt is) megvizsgálva dekódolhatjuk vagy kiolvashatjuk, hogy a beteg mely időbeli intervallumban tartózkodik," - jegyezte meg Reddy.

A csapat megállapításai bizonyítékokat nyújtanak a rágcsálók hippokampuszában lévő idősejtekről, és azt bizonyítják, hogy az emberi agy ezen területét is felhasználja a szekvenciális rend feldolgozására és epizodikus emlékek tárolására.

"Miközben átnéztem az adatainkat és bizonyítékokat találtam az emberek időbeli kódolására, el kell ismernem, hogy nagyon izgatott voltam," - mondta Reddy.

"A közeljövőben fontos lesz megérteni az időbeli pontosságot, amelyben az időbeli információ jelen van ezekben az idegsejtekben," - folytatta. Például, vajon a különböző idősejtek hosszú és rövid időtartamú eseményeket kódolnak-e? Alkalmazkodhatnak-e az idősejtek a különböző időbeli léptékekhez a kontextustól függően?

Reddy és munkatársai azt remélik, hogy néhány ilyen kérdést újabb kísérletekkel megoldhatnak, amelyek tovább szűkítik az időérzékünket megalapozó bonyolult folyamatokat. Bár a "mentális időutazás" képességét természetesnek tekinthetjük, az idő áramlásáról alkotott elképzelésünk a valóság közös emberi tapasztalatának alapvető része, ami elég ok arra, hogy megpróbáljuk feltárni a titkait.

"Azt hiszem, itt a nagy kérdés az, hogy végső soron megértsük, hogyan kódolják az emlékeket," - mondta Reddy. "Különösen az epizodikus memória emlékeztet arra, hogy mi történt, mikor és hol. Az idősejtek biztosíthatják az alapokat a 'mikor' ábrázolásához. Az új bizonyítékok arra utalnak, hogy ugyanazok a hippokampusz neuronok kódolhatják a 'hol' és a 'mit', tágabb keretet biztosítva az emlékek kódolásához."

"Az idő és a memória kódolási mechanizmusainak megértése fontos kutatási terület lesz," - mondta Reddy. (2)

(1) - https://www.jneurosci.org/content/early/
(2) - https://www.vice.com/en/article/7kvwm