Életünk során folyamatosan tudatos és tudattalan döntési helyzetekkel szembesülünk onnantól kezdve, hogy mit vegyünk fel, mit együnk és mivel töltsük a hétvégét egészen odáig, hogy melyik kezünkkel ragadjuk meg a tollat, vagy hogy merre mocorogjunk, ha kényelmetlen a kanapé. Egy friss vizsgálat eredményei azt sugallják, hogy a hasonló döntések meghozatala előtt agyunk egy sor különböző lehetőséget vizsgál meg, hogy elbírálja ezeket.
Még az egészen automatikusnak tűnő döntések előtt is, mondjuk amikor egy pillanatra egyensúlyunkat vesztjük, és megkapaszkodunk valamiben, agyunk villámgyorsan végigpörgeti releváns korábbi tapasztalatainkat, és ezek alapján igyekszik megjósolni a lehető legjobb döntést, ami alapján aztán viselkedésünk szerveződik.
A helysejtek titkos élete
Loren Frank, a Kaliforniai Egyetem kutatója és kollégái a Cell oldalain számolnak be vonatkozó kísérleteikről. Ezek során patkányok agyát vizsgálták döntési helyzetekben, és tanúi voltak, ahogy az idegsejtek gyors ütemben végigzongoráznak a lehetséges megoldásokon. A feltárt agyi mechanizmus a szakértők szerint nemcsak a napi szintű döntéshozatalban, de az elvontabb lehetőségekről való gondolkodásban, vagyis a képzelet működésében is szerepet játszhat.
Frank és társai a tájékozódásban és az emlékek tárolásában, illetve felidézésében kulcsszerepet játszó hippokampusz sejtszintű aktivitását vizsgálták, kiemelt figyelmet szentelve az úgynevezett helysejteknek. Utóbbiak felfedezése John O’Keefe (University College London), 2014 egyik orvosi Nobel-díjasa nevéhez fűződik. A kutató a hetvenes években igazolta, hogy a patkányok hippokampuszában általa helysejteknek nevezett speciális sejtek vannak, amelyek akkor lépnek működésbe, ha az állat konkrét helyszíneken tartózkodik.
Azóta az is kiderült, hogy a helysejtek jellegzetes mintázatban sülnek el, ahogy egy állat keresztülhalad egy adott környezeten.: aktivitásuk mértéke gyakorlatilag apró körként követi az állat pozíciójának változását, mintha egy pici térképen ábrázolódna, ahogy halad a patkány.
Ezeket az idegműködési mintázatokat théta-ciklusoknak nevezik a szakértők, és a patkányok esetében másodpercenként nagyjából nyolcszor zajlanak le, folyamatosan „frissítve” az állat virtuális haladási irányát és aktuális helyzetét.
Frank csapata újabb érdekességet tárt fel ezzel a théta-ciklusokkal kapcsolatban: kiderítették, hogy amikor a patkány döntési helyzetbe kerül, a mintázatok gyors ütemben különböző lehetséges útvonalak között változnak ide-oda, nemcsak előrejelzéseket téve lehetővé a jövővel kapcsolatban, de effektíve gyorstesztnek vetve alá a felmerülő lehetőségeket.
Te mit választanál?
A kutatók betanították a patkányokat, hogy egy W alakú labirintus különböző útvonalain navigáljanak, miközben elektródákkal figyelték helysejtjeik aktivitását. A rágcsálók végigszaladtak a központi szakaszon, majd vagy jobbra, vagy balra fordultak. Ahogy az állatok megközelítették az elágazást, a kutatók valami nagyon érdekeset vettek észre a sejtek viselkedésében.
A korábbi megfigyelések alapján a patkányok agyában egyes helysejtek közvetlenül azelőtt (és közben) sültek el, hogy balra fordultak volna, más sejtek pedig közvetlenül a jobbra fordulás előtt (és közben). A kutatók azt várták, hogy mielőtt a patkányok elérik a fordulás előtti részt, egy rövidke ideig mindkét sejtcsoport működésbe lép, ezzel jelezve, hogy melyik régióban járnak a labirintuson belül. Ez azonban egyszer sem történt meg.
Ehelyett a sejtcsoportok felváltva aktiválódtak, mintha az irány eldöntése előtt a hippokampusz mindkét opciót „kipróbálta” volna, gondosan elkülönítve a jobbra vagy balra fordulás várható élményét.
A Minnesotai Egyetem kutatója, David Redish egy korábbi kísérlet során hasonló, a potenciális jövők között váltogató sejtszintű aktiválódást figyelt meg a labirintusban navigáló állatok kapcsán. Ezekről a változásokról azonban akkor azt gondolták, hogy másfajta folyamatokhoz köthetők, így nem vizsgálták meg alaposabban, hogy a jobb és a bal irányt reprezentáló sejtműködési mintázatok véletlenszerűen vagy valamilyen szabály szerint bukkannak fel.
A kaliforniai csapat azonban részletes vizsgálatokat végzett, és megállapították, hogy a váltakozó aktivitás théta-ritmus ciklusainak megfelelően ütemeződik. Vagyis az elágazáshoz közeledve az egyik ciklusban a balra fordulást játszotta le a hippokampusz, majd a következő ciklusban a jobbra fordulást tesztelte az agy. Az is előfordult, hogy a lehetőségek nem váltogatták egymást, hanem az egyik lehetőség több cikluson keresztül ismétlődött. A ciklusokhoz azonban minden esetben igazodtak a sejtműködések, vagyis egy-egy jövővel kapcsolatos hipotézis előrevetítése az agyban mindig 125 ezredmásodpercet vett igénybe.
Jól hangolt gépezet
„Egészen lenyűgöző ez a szabályosság” – mondta el az eredmények kapcsán Buzsáki György, a New York Egyetem orvosi karának kutatója, aki nem vett részt a kutatásban. „Egy az egyben kimutatható a kapcsolat: egy ciklus balra, egy ciklus jobbra, majd balra, jobbra és így tovább.” A szakértő véleménye szerint ebben a magas szinten szervezett mechanizmusnak az lehet a feladata, hogy kiegyensúlyozott, rendezett formában tesztelje a lehetőségeket.
Amikor Frank és társai a théta-ciklusok alatti idegi aktivitást elemezték, még egy érdekességre felfigyeltek. Minden ciklus eleje a patkány aktuális helyzetét kódolta, és az ezt követő szakasz vázolta a balra vagy jobbra kanyarodás alternatíváját.
Az adatokból ezen túl más érdekes mintázatok is kiemelkedtek. Kiderült például, hogy időnként a jobb és a bal lehetőségen kívül egy harmadik opció is felmerül a patkányok agyában: a ciklusok közé időnként bekerült a visszafordulás lehetősége is. Ez meglepő volt a kutatók számára, mivel a rágcsálókat arra tanították, hogy vagy balra, vagy jobbra forduljanak, így elviekben csak ezen a két lehetőségen kellett volna merengeniük.
Ezek a megfigyelések ellentmondanak annak az elképzelésnek, hogy a hippokampusz pusztán előre jelzi, hogy mit fog tenni az állat, mondja Kenneth Kay, a Columbia kutatója, az eredményekről beszámoló tanulmány első szerzője. Az adatok sokkal inkább azt sugallják, hogy ez a fajta ciklusrendszer univerzálisan összefügg a hippokampusz által kódolt számos dologgal.
Ahogy Frank fogalmaz, a rendszer gyakorlatilag egy az egyben reprezentálja a gondolkodás folyamatát, amely során adott esetben az is felmerülhet az állatban, hogy mi lenne, ha visszafordulna.
A théta-ritmus ezek alapján egy, a korábban véltnél általánosabb módon kódolja a lehetőségeket. Minden ciklus egy adott opciót tartalmaz, egy emléket, amely nem egészen 125 ezredmásodperc alatt lehetőségként idéződik fel az agyban. Vagyis a helysejtek működésükkel nem egyszerűen egyes helyeket reprezentálnak, hanem valamifajta epizodikus struktúrát hoznak létre, amely szükséges a lehetőségek áttekintéséhez.
Tesztközpont
A kutatók szerint az is elképzelhető, hogy a théta-ciklusok a hippokampusz alapvető számítási egységei az elvont döntések meghozatala során. A legtöbb esetben a ciklusok során felidéződő dolgok tapasztalatokon nyugszanak, így az állat ezeken átfutva gyorsan és rugalmasan képes reagálni a változó környezetre. De az adatok alapján az is lehetséges, hogy ezek a felidéződő dolgok nem egy azonnali, explicit döntést segítenek, hanem valamiféle elvontabb gondolkodási folyamatban van szerepük, mint amilyen például az ember esetében az általánosítás vagy a képzelet működése.
Ennek fényében a hippokampuszt egyfajta tanulási központnak is tekinthetjük, amely elképzelt jövőket modellez, lehetőségeket szimulál, amelyek közül aztán más agyi területek választhatnak.
Ilyenformán a théta-ritmus mindenféle kognitív folyamat és a kognícióval összefüggő probléma megértése szempontjából kulcsfontosságú lehet, a megfigyelt ciklikus működés pedig más agyi funkciók felderítéséhez is fontossá válhat.
Az idegrendszeri folyamatok megfigyelése során a kutatók mostanáig gyakran egyszerűen átlagolták a sejtek működésében megfigyelhető rövidebb aktivitási hullámzásokat, de az új vizsgálat éppen ezekben tárta fel a legérdekesebb információkat. Így más idegsejtek esetében is érdemes lehet ezek működését rövidebb időszakokra lebontva újra megvizsgálni.
Ami Frank csapatát illeti, ők jelenleg a váltakozó ciklusok mögötti mechanizmusokat próbálják felderíteni, illetve újabb kísérleteket végeznek, ezúttal olyan labirintusokban, ahol kettőnél több választási lehetőségük van a patkányoknak. És közben azt remélik, hogy a rágcsálók kapcsán feltárt agyműködési folyamatok az emberek esetében is helytállónak bizonyulnak.
