A döntéshozás sürgősségét jelző idegsejtek felfedezése

Egy kanadai kutatócsoport olyan idegsejtek meglétét mutatta ki a bazális ganglionokban, amelyek a döntéshozás sürgősségét jelzik. [A borítóképen a bazális ganglionok vannak feltüntetve, a cikkben a “globus pallidus” sejtjeiről van szó.]

A kognitív idegtudományi kutatások arra a feltevésre épülnek, hogy az idegrendszer működése és a kogníció szorosan összefüggnek. A kogníció magába foglal minden olyan mentális folyamatot, ami jellemző az elmére (pl.: észlelés, figyelem, emlékezet, döntéshozás). A kísérletek egy része az idegi tevékenység mérését párosítja olyan feladatokkal, amik végrehajtása közben valamelyik kognitív képességükre támaszkodnak a kísérleti alanyok. Az így gyűjtött adatok megmutathatják, hogy egy adott kognitív folyamathoz, mely idegrendszeri struktúrák működése szükséges.

Egy 2017 nyarán publikált kutatásban a döntéshozás neurális alapjait vizsgálta egy kanadai kutatócsoport. A bazális ganglionok több szürkeállományi struktúra együttese, melyek az agykéreg alatt helyezkednek el és már régóta azt feltételezik róluk, hogy fontos szerepük van a döntéshozásban. A döntéshozást vizsgáló feladatok legfontosabb eleme a döntés meghozásának jelzése a kísérleti alany részéről. Ez általában egy egyszerű mozdulattal történik, például egy gomb vagy kar lenyomásával. Ezek a feladatok állatokkal is elvégeztethetők, így például rágcsálók vagy majmok is használhatók a döntséhozás vizsgálatához. Állatkísérletek fedték fel azt is, hogy a bazális ganglionok egy elemének (globus pallidus) sérülése a választást jelző mozdulatok sebességének és erejének csökkenésével jár, a döntést magát azonban nem befolyásolja. A kutatók azt feltételezték, hogy a bazális ganglionok említett tagja a döntés meghozásának sürgősségét kódolja, vagyis a benne mérhető neurális tevékenység valamilyen mutatója összhangban lehet azzal, hogy az adott választásnak milyen időkorlátja van.


A zsetonok az idő elteltével aközépső körből a szélső körök valamelyikébe kerülnek, a cél kitalálni melyikbenlesz több, az összes zseton elosztása után (Forrás: Thura és Cisek, 2017)

 A kutatók rhesusmakákók agyába ültettek elektródákat és így monitorozták a bazális ganglionok idegsejtjeinek aktivitását, míg az állatok egy előre betanított feladatot végeztek. Egy monitoron három kör volt látható, melyek közül aközépső minden próba elején 15 zsetont tartalmazott. A próba során ezek a zsetonok egyesével, 200 milliszekundum késleltetéssel „átugrottak” a szélső két kör egyikébe. A makákóknak egy fogantyú segítségével kellett jelezniük, hogy melyik szélső kör fog a próba végén több zsetont tartalmazni. A helyes megoldásért egy csepp gyümölcslé volt a jutalmuk. A próba elkezdése után bármikor kiválaszthatták a helyesnek vélt kört, ekkor a fennmaradó zsetonok rövidebb késleltetéssel foglalták el végső helyüket. Tehát minél előbb hozták meg a döntést, annál gyorsabban kapták meg a jutalmat, ugyanakkor annál kevesebb információ állt rendelkezésükre a választáshoz.

A kutatók egy korábbi vizsgálattal kimutatták, hogy a vázrendszer mozgatását végző agykérgi területek sejtjeiből regisztrálható aktivitás követi a próbák során felgyülemlő információt. A könnyű próbákon – amelyeknél a zsetonok átugrándozásának mintázata egyértelművé teszi a helyes választást – a választáshoz szükséges mozgást létrehozó sejtekben fokozódik az aktivitás, majdvégül néhány 100 milliszekundummal a mozdulat elindítása előtt tetőzik, a másik mozdulatért felelős sejtek pedig elcsendesednek. A nehéz próbákon a sejtek aktivitása ingadozik, de a döntés meghozása után ezesetben is hasonló jel regisztrálható a megfelelő mozdulatot kódoló sejtekből.

A bazális ganglionok egyik idegsejtjének aktivitása (tüzelési frekvencia – y tengely) a próba kezdetétől eltelt idő függvényében (milliszekundum – x tengely). Forrás: Thura és Cisek, 2017

A tesztelés során a próbák blokkokat alkottak, a blokkok lehettek gyorsak és lassúak is attól függően, hogy a döntés meghozása után mekkora sebességgel kerültek a zsetonok végleges helyükre. Mivel a blokkok időkorlátosak voltak, a gyors blokkokban a gyorsabb döntések több próba elvégzését tették lehetővé, ami potenciálisan több gyümölcslevet jelentett a makákók számára. A hamarabb kivitelezett válaszok ereje és sebessége is nagyobb volt, ami egybevág a bazális ganglionok sérülésének hatását leíró tanulmánnyal. A bazális ganglionok sejtjei között találtak olyanokat, amelyek egyre fokozódó aktivitást mutattak a döntés mérlegelése során. A gyors blokkok alatt ezek a sejtek rendre nagyobb aktivitást mutattak, vagyis a döntés sürgősségének függvényében változott a működésük.

A kísérletek alapján úgy tűnik, hogy a mérlegelés során aktivitásukkal követik a rendelkezésre álló információ súlyát az agykérgi mozgató területek azon sejtjei, melyek a lehetséges mozdulatok kivitelezését irányítják. Eközben a bazális ganglionok egyes sejtjeiben a döntéshozás sürgősségét kódoló jel jön létre. Ha ez a jel az információ súlyával kombinálódva túllép egybizonyos határértéket, akkor megszületik a döntés, vagyis elkezdődik a mozgás kivitelezése. A kutatások tehát a döntéshozás neurális alapjait feszegették, ami feltehetőleg számos pszichiátriai zavarban működik elégtelenül, ráadásul az optimális működés is számos esetben lehet hátrányos a modern világban.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2018/9. számában jelent meg.