Penfield nyomdokában

Az idegtudomány legismertebb figuráinak egyike Wilder Penfield, aki a 30-as évektől agyműtétek közben ingerelte betegei agykérgének különböző pontjait. Az ingerlés hatásainak feltérképezése vezetett az idegtudomány leghíresebb ábrájának megalkotásához. Most a Stanford egyetem kutatócsoportja jelentetett meg egy szisztematikus, átfogó tanulmányt az emberi agykéreg ingerlésének hatásairól.

Az agy elektromos ingerlésének rövid története

Az idegszövet elektromos ingerlésének jelentőségét már a XIX. század beköszönte előtt felismerte Luigi Galvani. Galvani az akkortájt használatos béka ideg-izom preparátummal készült kísérleteket végezni, mikor egy laboráns elektromosan töltött szikéjéről némi töltés ugrott át az idegre, és az összehúzódásra bírta az izmot. A megfigyelésből kísérletek, majd azokból publikációk születtek, Galvani pedig hamarosan egy klasszikus tudományos vitában találta magát az elismert fizikus, Alessandro Volta ellenében. A két tudós kísérletei alapozták meg az elektrokémiát és az elektrofiziológiát is, vagyis ez egyike volt a leggyümölcsözőbb nézeteltéréseknek.

Miután kiderült, hogy az idegszövet elektromos jeleket hoz létre, magától értetődőnek tűnt, hogy érdemes megfigyelni az elektromos ingerlés idegrendszerre gyakorolt hatásait. Az egyik első, és talán legnagyobb jelentőségű eredmény Gustav Fritsch és Eduard Hitzig német fiziológusok nevéhez fűződik, akik kutyák agykérgének ingerlése során arra figyeltek fel, hogy egy bizonyos területről különféle mozgások válthatók ki. Fritsch és Hitzig tehát felfedezték a mozgatókérget kutyákban. Ekkortájt David Ferrier is megtette ezt a felfedezést makákókban. A két német és az angol között egy kevésbé produktív vita alakult ki arról, hogy kit illet meg az elsőbbség a felfedezést illetően.

Ezek alapján feltehető volt, hogy hasonló terület az embernél is megtalálható, de ennek vizsgálatára nem volt mód. A koponya felnyitása és az agy elektromos ingerlése számos veszélyt hordoz, aminek egész egyszerűen nem lehet kitenni egy másik emberi lényt, hacsak nem az élete múlik rajta. Egy Robert Bartholow nevű orvos azonban másként gondolta. 1874-ben Mary Rafferty fordult hozzá, akinek a koponyáján egy 5 cm átmérőjű lyuk tántogott, ami egy rákos megbetegedés következményeként alakult ki. Bartholow Rafferty beleegyezésével elektródákkal stimulálta az agyát, ami kisebb áramerősségeknél mozgáshoz vezetett, vagyis megerősítette azt az elképzelést, hogy az embernél is megtalálható a mozgatókéreg. Bartholow azonban nem elégedett meg ennyivel, nagyobb áramerősséggel is próbálkozott, ami már rohamot idézett elő betegénél. A kísérleteket követő három napban kómában volt, amiből ugyan még magához tért, ám egy nappal később elhunyt. Bartholow esete egy különösen elrettentő példája az etikátlan kísérletezésnek.

Az agykéreg ingerlése embernél

A XX. század elején azonban felmerült, hogy az agykéreg ingerlése kifejezetten hasznos is lehet egy specifikus esetben, amikor a súlyos epilepsziás betegnél az epileptikus góc eltávolítását készítik elő az orvosok. Ennek úttörője Harvey Cushing volt, aki egyébként a világ első agysebészének is mondható. Cushing fejlesztette ki a módszert, hogy lokális érzéstelenítéssel éberen operálják az epilepsziás betegek agyát, hogy feltérképezhessék mekkora darabot érdemes eltávolítani az agyból. A módszert aztán Cushing tanítványa Wilder Penfiled vitte tovább. Penfield kísérleti eredményeit a híres homonkulusok szemléltetik, melyek még a mai napig is az idegtudomány legismertebb ábrái. Az elektromos ingerlés hatására a betegek különféle érzésekről számoltak be, vagy éppen megmozdultak. Egy beteg például meglepve figyelte ahogy akaratától függetlenül felemelkedik a karja. Mások arról számoltak be, hogy az ingerlés hatására egy emlék idéződött fel bennük: a nagymamánál voltak, almáslepényt ettek, vagy éppen az első randevún jártak szerelmükkel.

Penfield vizsgálatai óta nem igazán volt olyan tudományos munka, ami az agykéreg ingerlésével kiváltható élményekkel foglalkozott volna. Ezt a hiányt igyekezett kitölteni Josef Parvizi stanfordi kutatócsoportja. Parvizi is epilepsziás betegeket operáló idegsebész, a műtétek során az agy felszínére helyezhető elektródákkal határolja körül a biztonságosan eltávolítható területet. Parvizi ezzel a módszerrel már a korábban is érdekes eredményeket publikált: a látókéreg egyes pontjainak ingerlése miatt fényfoltokat, a halántéklebeny alulsó részének ingerlése miatt pedig arcokat láttak betegei. Parvizi kutatócsoportja néhány éve arról is beszámolt, hogy az övtekervény elülső részének ingerlése hatására a betegek úgy érezték, mintha épp felkészítenék magukat egy akadály leküzdésére.

Parvizi kutatócsoportjának legújabb publikációja egy igazi rendszerező munka. A kutatók 67 beteg agykérge összesen 1537 pontjának ingerlése hatását írták le. Az ábrán látható, hogy az egyes pontok ingerlése milyen jellemző élményeket váltott ki a résztvevőkből. Az eredmények alapján elmondható, hogy a legnagyobb eséllyel az érzékelésért és a mozgásért felelős területek ingerlése okozott tudatos élményt. A látó-, és a tapintókéreg ingerlése például az esetek kétharmadában járt ilyen élménnyel, míg például az érzelmekben implikált limbikus kéreg, és a magasabb rendű kognitív folyamatokért felelős prefrontális kéreg stimulálása csak a próbálkozások ötödében vezetett ilyen eredményre.

Ez tulajdonképpen várható is volt, hiszen az érzékelés végső soron talán „feltűnőbb”, mint például egy érzés, vagy egy gondolat. Az agykéreg elektromos ingerlése által kiváltott élmények feltérképezése mindenesetre rendkívül érdekes adatokat szült, bár azt is el kell ismerni, hogy az agyműködés megértéséhez nem sokkal vitt közelebb. Vajon az eredmények arra utalnak, hogy az érzékelő agykérgi területeknek fontosabb szerepe van a tudatoság létrehozásában? A kísérlet által felvetett kérdések messzire vezetnek, de mind közül a legrejtélyesebb talán a következő: hogyan lesz tudatos élmény az agy elektromos ingerléséből?

Beszámolók az agykéreg ingerlésének szubjektív hatásairól (Fox et al., 2020 – Nature Human Behaviour).

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2020/39. számában jelent meg.

Források:

https://www.nature.com/articles/s41562-020-0925-7

https://www.nature.com/articles/s41562-020-0910-1

Vélemény, hozzászólás?

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

Hozzászólhat a WordPress.com felhasználói fiók használatával. Kilépés /  Módosítás )

Google kép

Hozzászólhat a Google felhasználói fiók használatával. Kilépés /  Módosítás )

Twitter kép

Hozzászólhat a Twitter felhasználói fiók használatával. Kilépés /  Módosítás )

Facebook kép

Hozzászólhat a Facebook felhasználói fiók használatával. Kilépés /  Módosítás )

Kapcsolódás: %s