Loewi álma

1936-ban Otto Loewi német születésű farmakológus kapta az orvostudományi Nobel-díjat a neuronok közti kommunikáció területén tett korszakalkotó felfedezéséért. Ironikus módon azonban sokkal ismertebb, hogyan jött rá a kutató, hogy milyen kísérlettel bizonyíthatja az idegsejtek közötti kapcsolat kémiai és nem elektromos voltát, mint maga kísérlet.

A szakértő saját beszámolója szerint 1920-ban, húsvétvasárnap előestéjén megálmodta, mit kell tennie, hogy 17 évvel korábban megfogalmazott hipotézise igazolást nyerjen. Amikor Loewi felriadt álmából, gyorsan papírra is vetette új ötletét, amikor azonban reggel felkelt, nem tudta értelmezni a feljegyzéseket.

Amikor felébredt – hajnali háromkor – ezúttal meg sem próbálta leírni álmát, hanem gyorsan a laborba sietett, végrehajtotta az azóta híressé vált kísérletet.

Ennek során először egy sóoldattal átáramoltatott békaszívet a bolygóideg ingerlésével lassabb ütemű mozgásra vett rá. Majd a szívet körülvevő sóoldatból egy másik, bolygóideggel nem rendelkező szívre csepegtetett, aminek hatására ez utóbbi szerv mozgása is lelassult. Ez által igazolást nyert, hogy Loewi sejtése helyes volt, vagyis az idegsejtek valóban elsősorban molekulákkal, neurotranszmitterek révén kommunikálnak egymással.

Az alvás szakaszai

A Loewi híres álma óta eltelt csaknem egy évszázad során számos kísérlet igazolta, hogy az alvás elősegíti a kreatív problémamegoldást. Penny Lewis és kollégái, a Cardiffi Egyetem munkatársai most összegyűjtötték ezeket az eredményeket, és ezekre alapozva kidolgoztak egy új elméletet arra, hogy mi a kapcsolat az alvás és a kreativitás között. Teóriájuk többek közt megmagyarázza, hogy az alvás két fő fázisa hogyan működik együtt abban, hogy korábban nem ismert kapcsolódási pontokat ismerjünk fel azon dolgok közt, amiket már tudunk, és így új megoldásokat dolgozzunk ki a makacs problémákra.

Amikor elalszunk először az úgynevezett NREM (vagy nem-REM) fázisba lépünk be. Egy teljes alvási ciklus nagyjából 90–120 percig tart, és alatt négy NREM és egy REM fázis különíthető el. Az NREM fázisok közül az első átmenetet képez az ébrenlét és az alvás közt, az agyhullámok ekkor lassulni kezdenek. A következő NREM szakaszban a szemmozgás abbamarad, az agyhullámok tovább lassulnak, és csökkenni kezd a szívritmus és a testhőmérséklet is.

A harmadik NREM fázist még lassabb agyhullámok, és a vérnyomás csökkenése mellett a légzés lassulása jellemzi. A negyedik NREM szakasz a legmélyebb alvás fázisa, az agyhullámok ilyenkor a leglassabbak, szemmozgás nincs, de a vázizmok képesek mozogni. Ebből a fázisból a legnehezebb felébreszteni valakit. A négy említett fázist követi a REM, a gyors szemmozgásos szakasz, amit erős agyi aktivitás jellemez, hiszen ekkor álmodunk. A REM szakaszban a vázizmok ideiglenesen lebénulnak.

Az idegsejtek kórusa

A harmadik és a negyedik NREM fázist jellegzetes neuronműködés kíséri: idegsejtek milliói sülnek el bonyolult mintázatban, akár egy gigantikus kórus tagjai. „Ilyesmi éber állapotban sosem történik” – mondja Lewis. A vizsgálatok alapján ebben az állapotban történik az emlékek újrajátszása.

Ezek az újrajátszások a segítenek megszilárdítani, megerősíteni az új emlékeket, és integrálni azokat a korábbi ismerete közé. És ahogy Lewis mondja, ennek a folyamatnak fontos szerepe van az általánosításban is, vagyis agyunk ekkor szűri le az egyedi esetekből a közös vonásokat.

„Vegyük például a szülinapi bulikat” – mondja a szakértő. „Ezeken mindig vannak ajándékok, torta és gyakran lufik is. Az agy azon részei, amelyek ezeket a dolgokat reprezentálják, erősebben aktiválódnak, mint azok a régiók, amelyek a résztvevők személyét vagy a helyszínt rögzítik.” Idővel számos egyedi részlet elveszik az emlékezetünkből, de a lényeg megmarad, és fontos szerepet játszik annak alakításában, hogyan képzelünk el egy szülinapi bulit. (Egyes szakértők szerint az álmodás ennek a folyamatnak a tudatos manifesztációja: ilyenkor agyunk gyakorlatilag magát „nézi”, ahogy újrajátssza és átformálja az emlékeket.)

Ez a folyamat ugyan bizonyos szinten állandóan zajlik, a leglassabb agyhullámú alvás során a legintenzívebb, mégpedig két agyi rész szoros kapcsolata miatt. Az egyik, a hippokampusz az előagy agykéreg alatti, csikóhalra emlékeztető alakú képződménye, amelyben az események és helyek emléke tárolódik. A másik, a neokortex, a homloklebeny agykérgi része, ahol a tények, ötletek és koncepciók rögzítődnek.

Absztrahálás és összekötés

Lewis elképzelése szerint a hippokampusz arra ösztönzi a neokortexet, hogy az tematikus rendszerben játssza újra az emlékeket, vagyis egyszerre fusson át mindazon élményeken, amelyek a helyszín miatt vagy más okból összekapcsolhatók. Ez aztán megkönnyíti a neokortex számára, hogy rendszerezze a közös vonásokat.

Az alvás másik fő fázisa, a már említett REM egészen másfajta agytevékenységgel jár. Ilyenkor a korábbi összehangolt neuronkórus helyett a neokortex egyes részei látszólag véletlenszerűen aktiválódnak. Közben pedig a Loewe által felfedezett acetilkolin árasztja el az agyat, megzavarva a kommunikációt a hippokampusz és a neokortex között. Ennek nyomán mindkét agyterület különösen plasztikus állapotba kerül, amely során a neuronok közti kapcsolatok könnyebben formálódnak, erősödnek vagy gyengülnek. Ebben a fázisban Lewis szerint a neokortex látszólag nem rokonítható emlékek között is nekiállhat hasonlóságokat keresni.

„Tegyük fel, hogy egy problémát próbálok megoldani, de elakadtam” – mondja a kutató.

„Ha ezek és a probléma között van valami közös vonás, az idegi kapcsolatok megerősödnek. Amikor felébredek a következő napon, ez az enyhe módosulás elég lehet ahhoz, hogy egy kicsit máshogy álljak a problémához. Ami adott esetben a megoldáshoz vezethet.”

Egymásre épülő rendszerek

Lewis elmondása szerint az új elméletben az egyetlen igazi újdonság, hogy összekapcsolja a korábban versengőnek gondolt teóriákat. Sokan úgy vélik, hogy a lassú hullámú alvás a fontos a kreativitáshoz, míg mások szerint a REM a dolog kulcsa. A szakértő és kollégái szerint mindkét szakasz egyformán lényeges: az NREM szakaszban elvont koncepciók képződnek, amelyek a REM-ben összekötődnek egymással.

Ami még fontosabb, ezek a folyamatok kölcsönösen egymásra épülnek. Egy-egy alvás során több cikluson is keresztülmegyünk, amelyek során a hippokampusz és a neokortex újra és újra szinkronizálja működését, majd megszakítja a kapcsolatot. „Jó analógia lenne erre két kutató, akik először közösen dolgoznak egy probléma megoldásán, majd egy időre külön vonulnak, majd ismét összejönnek, hogy megosszák egymással gondolataikat és előre haladjanak” – mondja Lewis.

A szakértő szerint a számos kutatás által alátámasztott új elmélet egyik egyértelmű, és valószínűleg kevesek által vitatott folyománya, hogy ha egy nehéz problémán dolgozunk, fontos, hogy eleget aludjunk. Ez különösen lényeges lehet abban az esetben, ha megoldás megtalálásához kreatív ötletekre van szükség.

Bár az új teória bizonyos részeit erős bizonyítékok támogatják, vannak olyan elemek is, amelyek igazolásához további vizsgálatokra lesz szükség. Az egyik ilyen, hogy egyelőre nem sok bizonyíték van arra, hogy a hippokampusz a rokon emlékek lejátszására ösztönzi az agyat az NREM alatt.

Lewis ugyanakkor hangsúlyozza, hogy arra már vannak kísérleti adatok, hogy a lassú hullámú alvás nyomán megkönnyíti a közös vonások azonosítását. Egy gyakran használt teszt ennek igazolására, amikor egy közös téma köré csoportosuló szavakat kell megtanulniuk az alanyoknak a téma megnevezése nélkül. Mondjuk a listán szerepel az éjszaka, sötét és szén szó, de a fekete nem. Azok az alanyok, akiket a lista megtanulása után aludni hagynak, sokkal nagyobb eséllyel veszik be a fekete szót is a felidézés során a megtanult szavak közé, mint azok, akiket alvás nélkül kérdeznek ki.

Elektronikus bárányok

Lewis elméletének talán leggyengébb pontja, hogy vannak olyan esetek, amelyek azt igazolják, hogy az ember képes REM alvás nélkül is normálisan létezni és gondolkodni. Egy izraeli férfi például egy agysérülés nyomán képtelen belépni a REM fázisba, ennek ellenére továbbra is rendkívül intelligens ügyvéd hírében áll, aki szabadidejében rejtvényeket készít egy helyi lapnak.

Ez Lewis szerint is problematikus, ugyanakkor a szakértő sosem állította, és nem is hiszi, hogy új teóriája száz százalékosan helyes. A munka még épphogy csak elkezdődött, és a korábbi szakirodalom elemzése után most folynak azok a kísérletek, amelyek már célzottan az új elképzelést kívánják igazolni vagy cáfolni.

A következő öt évben többek közt olyan vizsgálatokra kerülhet sor a kutatócsoport laborjában, amelyek során elnyomják vagy meghosszabbítják valamelyik fő alvási fázist, majd letesztelik, hogy ez hogyan hat az alanyok problémamegoldó képességére.

Lewis ezen kívül érdekfeszítő együttműködésbe kezdett a Nottinghami Egyetem munkatársával, Mark van Rossummal is, akivel